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JP5358966B2 - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To stably remove carbon monoxide in a selective oxidation reactor with relatively simple structure. <P>SOLUTION: A fuel cell system 1 includes a reformer 4 reforming fuel and water into hydrogen; an inlet port 44 taking in a product in the reformer 4; a passage 45 communicating with the inlet port 44; a catalyst 50 arranged in the passage 45; the selective oxidation reactor 8 having a plurality of outlet ports 45-49 communicating with the passage 45 in positions having different distances to the inlet port 44; a fuel cell 20 having an anode 22, a cathode 23, and an electrolyte membrane 21 arranged between them; and a selecting device 10 selecting any of the plurality of outlet ports 45-49 and making it communicate with the anode 22. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、燃料電池システムに関し、特に、改質器、選択酸化反応器及び燃料電池を有する燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system having a reformer, a selective oxidation reactor, and a fuel cell.

近年では、エネルギー変換効率の高いクリーンな電源として、水素の電気化学反応により電気エネルギーを生成する燃料電池が携帯電子機器などに応用され始めている。このような燃料電池に用いられる水素は、例えば小型の化学反応装置によってメタノール及び水から生成されることがある。小型の化学反応装置は、改質器、選択酸化反応器等を有するものである。気化した燃料と水が改質器によって水素ガスに改質され、改質器で生成された副生成物である一酸化炭素が選択酸化反応器によってほぼ除去された後、一酸化炭素除去後の水素ガスが燃料電池のアノードに送出される。   In recent years, as a clean power source with high energy conversion efficiency, fuel cells that generate electrical energy by electrochemical reaction of hydrogen have begun to be applied to portable electronic devices and the like. Hydrogen used in such a fuel cell may be generated from methanol and water by a small chemical reactor, for example. A small chemical reaction apparatus has a reformer, a selective oxidation reactor, and the like. The vaporized fuel and water are reformed into hydrogen gas by the reformer, and carbon monoxide, which is a by-product generated in the reformer, is almost removed by the selective oxidation reactor. Hydrogen gas is delivered to the anode of the fuel cell.

改質器及び選択酸化反応器は、触媒を用いて反応を起こさせるものである。改質器は、例えば、メタノール燃料と水を反応させて水素と二酸化炭素を得る水蒸気改質反応のために使用される触媒として、Cu/ZnOなどがある。水蒸気改質反応によって生成された水素と二酸化炭素の一部は、逐次的に進行する水性逆シフト反応によって、一酸化炭素を生じる。一酸化炭素は燃料電池のアノードを被毒してしまうので、選択酸化反応器で一酸化炭素を選択酸化する。選択酸化反応器に用いられる触媒は、Ptを始めとする貴金属触媒が広く用いられている。特にPtは、比較的低温で一酸化炭素を吸着してその酸化を促進させるとともに併発する水素の酸化反応が比較的抑制されることから、改質ガス中の一酸化炭素を、燃料電池の触媒を著しく被毒しない程度の低濃度にするための触媒の活性成分として主に用いられている。   The reformer and the selective oxidation reactor cause a reaction using a catalyst. Examples of the reformer include Cu / ZnO as a catalyst used for a steam reforming reaction in which methanol fuel and water are reacted to obtain hydrogen and carbon dioxide. Part of the hydrogen and carbon dioxide produced by the steam reforming reaction produces carbon monoxide by an aqueous reverse shift reaction that proceeds sequentially. Since carbon monoxide poisons the anode of the fuel cell, the carbon monoxide is selectively oxidized in the selective oxidation reactor. As the catalyst used in the selective oxidation reactor, noble metal catalysts such as Pt are widely used. In particular, Pt adsorbs carbon monoxide at a relatively low temperature and promotes its oxidation, and the accompanying oxidation reaction of hydrogen is relatively suppressed. Therefore, carbon monoxide in the reformed gas is converted into a catalyst for a fuel cell. Is mainly used as an active component of a catalyst for reducing the concentration to such a level that it is not significantly poisoned.

選択酸化反応器における反応の成績を決定する要素として、反応温度、入り口の一酸化炭素濃度とそれに対する酸素の量、触媒の活性と反応選択性、および接触時間などがある。選択酸化反応は、これらの反応決定因子に非常に敏感な反応であり、しかも、後段の燃料電池へ導入されるガス中の一酸化炭素濃度の許容量が低濃度であることから、高い転化率が要求される。上記した反応決定因子から少しでも逸脱することによって、例えば一酸化炭素の酸化が進まずに水素の酸化のみを引き起こして結果的に一酸化炭素を除去しきれない結果を引き起こすことがある。   Factors that determine the performance of the reaction in the selective oxidation reactor include the reaction temperature, the concentration of carbon monoxide at the inlet and the amount of oxygen relative thereto, the activity and selectivity of the catalyst, and the contact time. The selective oxidation reaction is very sensitive to these reaction determinants, and since the allowable amount of carbon monoxide in the gas introduced into the subsequent fuel cell is low, the conversion rate is high. Is required. Deviations from the reaction determinants described above may cause, for example, the result that the oxidation of carbon monoxide does not proceed and only the oxidation of hydrogen is caused, and as a result, the carbon monoxide cannot be completely removed.

ここで、触媒との接触時間について考える。接触時間が長い反応器の場合、選択酸化反応器内でいったん十分に一酸化炭素が低濃度化されたものの、逐次的に発生する水性逆シフト反応によって二酸化炭素と大過剰の水素から一酸化炭素と水が生成され続けてしまい、選択酸化反応器から導出されたガス中の一酸化炭素を充分に除去できない。逆に、接触時間が短い反応器の場合、一酸化炭素を十分低濃度化するまでの反応時間を確保することができず、一酸化炭素が十分に除去されない。そこで、接触時間を適切に保つ必要があるが、改質器から選択酸化反応器に送出されるガスの単位時間あたりの流量が揺らぐ等の要因によって、接触時間が変化するとともに、選択酸化反応器内のガス流速が変化し、触媒表面の温度が変化してしまうことによって、反応に最適な接触時間が変化してしまう。このような状態に鑑み、選択酸化反応を段階的に起こすように、特許文献1に記載の技術では、酸化剤導入部を分割し、多段で選択酸化反応を発生させている。
特開2000−285949号公報
Here, the contact time with the catalyst is considered. In the case of a reactor with a long contact time, carbon monoxide is once sufficiently reduced in the selective oxidation reactor, but carbon monoxide is converted from carbon dioxide and a large excess of hydrogen by an aqueous reverse shift reaction that occurs sequentially. Water continues to be generated, and carbon monoxide in the gas derived from the selective oxidation reactor cannot be sufficiently removed. On the other hand, in the case of a reactor having a short contact time, the reaction time until the carbon monoxide is sufficiently reduced cannot be secured, and the carbon monoxide is not sufficiently removed. Therefore, it is necessary to keep the contact time properly. However, the contact time varies depending on factors such as fluctuations in the flow rate of gas sent from the reformer to the selective oxidation reactor, and the selective oxidation reactor. As the gas flow rate in the chamber changes and the temperature of the catalyst surface changes, the optimum contact time for the reaction changes. In view of such a state, in the technique described in Patent Document 1, the selective oxidizing reaction is generated in multiple stages by dividing the oxidizing agent introduction part so that the selective oxidizing reaction occurs stepwise.
JP 2000-285949 A

ところが、特許文献1に記載の技術では、酸化剤導入部を分割した数だけ用意しなければならず、さらにその流量を制御する手段も必要となる。そのため、かかる技術を比較的大型の燃料電池システムには用いることができるが、コンパクト化が望まれる電子機器用の燃料電池システムには必ずしも適していない。
そこで、本発明の課題は、比較的シンプルな構造で、選択酸化反応器における一酸化炭素の除去を安定して行えるようにすることである。
However, in the technique described in Patent Document 1, it is necessary to prepare the number of divided oxidizer introduction portions, and further, a means for controlling the flow rate is required. Therefore, such a technique can be used for a relatively large fuel cell system, but is not necessarily suitable for a fuel cell system for an electronic device that is desired to be compact.
Accordingly, an object of the present invention is to enable stable removal of carbon monoxide in a selective oxidation reactor with a relatively simple structure.

以上の課題を解決するために、請求項1に係る発明によれば、
燃料と水を水素に改質する改質器と、
前記改質器による生成物を取り込むインレットポートと、このインレットポートに通じた流路と、その流路に設けられた触媒と、前記インレットポートまでの距離の異なる位置で前記流路に通じる複数のアウトレットポートとを有する選択酸化反応器と、
アノード、カソード及びこれらの間に設けられた電解質膜を有する燃料電池と、
前記複数のアウトレットポートの何れかを選択して前記アノードに通じさせる選択器と、
前記選択器を制御するコントローラと、
前記アノードの温度を検出する温度検出器と、
を備え
前記コントローラが前記温度検出器による検出温度に基づき前記選択器を制御することを特徴とする燃料電池システムが提供される。
In order to solve the above problems, according to the invention according to claim 1,
A reformer that reforms fuel and water into hydrogen;
An inlet port for taking in a product from the reformer, a flow path leading to the inlet port, a catalyst provided in the flow path, and a plurality of paths leading to the flow path at different positions to the inlet port A selective oxidation reactor having an outlet port;
A fuel cell having an anode, a cathode, and an electrolyte membrane provided therebetween;
A selector that selects any of the plurality of outlet ports and communicates with the anode;
A controller for controlling the selector;
A temperature detector for detecting the temperature of the anode;
With
Fuel cell system the controller is characterized that you control the selector based on the temperature detected by the temperature detector is provided.

請求項に係る発明によれば、
前記コントローラは、前記温度検出器による検出温度が所定の閾値に達するごとに、前記複数のアウトレットポートのうち選択するアウトレットポートを選択中のアウトレットポートの次に前記インレットポートから遠いアウトレットポートに切り替えることを前記選択器に行わせることを特徴とする請求項に記載の燃料電池システムが提供される。
According to the invention of claim 2 ,
The controller switches an outlet port to be selected from the plurality of outlet ports to an outlet port far from the inlet port next to the selected outlet port each time the temperature detected by the temperature detector reaches a predetermined threshold value. The fuel cell system according to claim 1 , wherein the fuel cell system is provided with the selector.

本発明によれば、アウトレットポートが選択器によって切り替わることによって、水素、一酸化炭素等が選択酸化反応器の流路を流れる距離は切り替わる。そのため、反応環境が変化しても、それに合わせたアウトレットポートを選択することができ、一酸化炭素を十分に除去しつつ、水性逆シフト反応による一酸化炭素の生成を抑えることができる。従って、選択酸化反応器における一酸化炭素の除去を安定して行えられる。
また、酸化剤導入部を分割数分用意するのではなく、選択酸化反応器と燃料電池との間に選択器を設けるので、燃料電池システム自体の複雑化・大型化しない。
According to the present invention, when the outlet port is switched by the selector, the distance that hydrogen, carbon monoxide, and the like flow through the flow path of the selective oxidation reactor is switched. Therefore, even if the reaction environment changes, an outlet port corresponding to the reaction environment can be selected, and the production of carbon monoxide by the aqueous reverse shift reaction can be suppressed while sufficiently removing carbon monoxide. Therefore, removal of carbon monoxide in the selective oxidation reactor can be performed stably.
Further, since the selectors are provided between the selective oxidation reactor and the fuel cell, instead of preparing the oxidant introduction portions for the number of divisions, the fuel cell system itself is not complicated or enlarged.

以下に、本発明を実施するための好ましい形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。   Hereinafter, preferred embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. However, although various technically preferable limitations for implementing the present invention are given to the embodiments described below, the scope of the invention is not limited to the following embodiments and illustrated examples.

〔第1の実施の形態〕
図1は、本発明の実施形態における燃料電池システム1の構成を示したブロック図である。この燃料電池システム1はノート型パーソナルコンピュータ、PDA、電子手帳、デジタルカメラ、携帯電話機、腕時計、レジスタ及びプロジェクタ等といった電子機器に搭載されている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system 1 according to an embodiment of the present invention. The fuel cell system 1 is mounted on electronic devices such as a notebook personal computer, a PDA, an electronic notebook, a digital camera, a mobile phone, a wristwatch, a register, and a projector.

燃料電池システム1は、液体燃料が封入された燃料容器2を収納する収納部と、燃料容器2内の液体燃料を吸引するポンプ3と、液体燃料から反応を引き起こす反応部と、燃料電池20と、エアポンプ25、27と、コントローラ30等と、を備える。燃料電池システム1のうち燃料電池20が発電し、燃料電池20によって生成された電気がDC/DCコンバータを介して電子機器本体の各部に供給されて、電子機器本体が動作する。燃料電池20は、アノード22と、カソード23と、アノード22とカソード23の間に挟まれた電解質膜21とを有する。   The fuel cell system 1 includes a storage unit that stores a fuel container 2 in which liquid fuel is sealed, a pump 3 that sucks the liquid fuel in the fuel container 2, a reaction unit that causes a reaction from the liquid fuel, a fuel cell 20, , Air pumps 25 and 27, a controller 30 and the like. The fuel cell 20 in the fuel cell system 1 generates power, and the electricity generated by the fuel cell 20 is supplied to each part of the electronic device body via the DC / DC converter, and the electronic device body operates. The fuel cell 20 includes an anode 22, a cathode 23, and an electrolyte membrane 21 sandwiched between the anode 22 and the cathode 23.

燃料電池20の電解質膜21は固体高分子電解質膜である。アノード22及びカソード23には各種の触媒が担持されている。アノード22には水素ガス等が送られ、更に外部の空気がカソード23に送られる。アノード22に供給された水素が、電解質膜21を介して、カソード23に供給された空気中の酸素と電気化学反応することによって、アノード22とカソード23との間で電力が生じる。具体的には、アノード22では次式(1)のような反応が起き、アノード22で生成された水素イオンが電解質膜21を透過し、カソード23では次式(2)のような反応が起こる。
2→2H++2e- …(1)
2H++1/2O2+2e-→H2O …(2)
The electrolyte membrane 21 of the fuel cell 20 is a solid polymer electrolyte membrane. Various catalysts are supported on the anode 22 and the cathode 23. Hydrogen gas or the like is sent to the anode 22, and external air is sent to the cathode 23. The hydrogen supplied to the anode 22 undergoes an electrochemical reaction with oxygen in the air supplied to the cathode 23 via the electrolyte membrane 21, thereby generating electric power between the anode 22 and the cathode 23. Specifically, a reaction such as the following formula (1) occurs at the anode 22, hydrogen ions generated at the anode 22 pass through the electrolyte membrane 21, and a reaction such as the following formula (2) occurs at the cathode 23. .
H 2 → 2H + + 2e (1)
2H + + 1 / 2O 2 + 2e → H 2 O (2)

燃料電池20には温度センサ24が設けられ、燃料電池20の温度(特に、アノード22の温度)が温度センサ24により検出されて電気信号に変換される。温度センサ24により検出された温度はコントローラ30に出力される。   The fuel cell 20 is provided with a temperature sensor 24, and the temperature of the fuel cell 20 (particularly the temperature of the anode 22) is detected by the temperature sensor 24 and converted into an electrical signal. The temperature detected by the temperature sensor 24 is output to the controller 30.

燃料電池20のアノード22に外部の空気を供給するために、この燃料電池システム1はエアポンプ25を有する。一方、燃料電池20のアノード22に供給する水素は、液体燃料から生成されたものである。   In order to supply external air to the anode 22 of the fuel cell 20, the fuel cell system 1 has an air pump 25. On the other hand, the hydrogen supplied to the anode 22 of the fuel cell 20 is generated from liquid fuel.

燃料容器2には、液体燃料(例えば、メタノール、エタノール、ジメチルエーテルの何れか)と水が混合した状態又は別々に貯留されている。図1に示された構成要素のうち燃料容器2が燃料電池システム1に対して着脱可能とされ、他の構成要素は燃料電池システム1に内蔵され、燃料容器2が燃料電池システム1に装着されると燃料容器2とポンプ3が接続される。   The fuel container 2 stores liquid fuel (for example, any one of methanol, ethanol, and dimethyl ether) and water in a mixed state or separately. Among the components shown in FIG. 1, the fuel container 2 is detachable from the fuel cell system 1, the other components are built in the fuel cell system 1, and the fuel container 2 is attached to the fuel cell system 1. Then, the fuel container 2 and the pump 3 are connected.

反応部は、大気圧よりも減圧された雰囲気の内部空間を形成した断熱パッケージ29と、気化器4と、気化器4を加熱するヒータ5と、改質器6と、改質器6を加熱するヒータ7と、選択酸化反応器8と、選択酸化反応器8を加熱するヒータ9と、選択酸化反応器8の流路を切り替える流路切替選択器10と、気化器4、改質器6、選択酸化反応器8の少なくとも何れかを加熱する触媒燃焼器26と、水素燃焼器28と、を備える。気化器4、ヒータ25、改質器6、ヒータ7、選択酸化反応器8、ヒータ9及び触媒燃焼器26は、断熱パッケージ29内に収容されている。水素燃焼器28は断熱パッケージ29の外に配置されているが、断熱パッケージ29内に収容されていてもよい。また、選択器10は、断熱パッケージ29内に収容されてもよいが、気密性や耐高温性の観点から断熱パッケージ29の外に配置されていることがより好ましい。   The reaction unit heats the heat insulating package 29 that forms an internal space of an atmosphere that is depressurized from the atmospheric pressure, the vaporizer 4, the heater 5 that heats the vaporizer 4, the reformer 6, and the reformer 6. Heater 7, selective oxidation reactor 8, heater 9 for heating selective oxidation reactor 8, flow path switching selector 10 for switching the flow path of selective oxidation reactor 8, vaporizer 4, reformer 6 And a catalytic combustor 26 that heats at least one of the selective oxidation reactors 8, and a hydrogen combustor 28. The vaporizer 4, the heater 25, the reformer 6, the heater 7, the selective oxidation reactor 8, the heater 9 and the catalytic combustor 26 are accommodated in a heat insulating package 29. The hydrogen combustor 28 is disposed outside the heat insulation package 29, but may be accommodated in the heat insulation package 29. Moreover, although the selector 10 may be accommodated in the heat insulation package 29, it is more preferable to arrange | position outside the heat insulation package 29 from a viewpoint of airtightness and high temperature resistance.

ポンプ3は、燃料と水の混合液を燃料容器2から気化器4へ送液するものである。ポンプ3は電気駆動式ポンプであり、コントローラ30によって制御される。なお、ポンプ3と気化器4との間にコントローラ30に制御されるバルブを介在させてもよい。   The pump 3 sends a mixed liquid of fuel and water from the fuel container 2 to the vaporizer 4. The pump 3 is an electrically driven pump and is controlled by the controller 30. A valve controlled by the controller 30 may be interposed between the pump 3 and the vaporizer 4.

気化器4は、燃料と水の混合液を気化させるものである。気化器4に設けられているヒータ5は、その電気抵抗値が温度に依存する電熱材(例えばAu)からなる。そのため、ヒータ5は電気抵抗値から温度を読み取る温度センサとしても機能し、気化器4の温度がヒータ5によって電気信号に変換される。ポンプ3から気化器4に送られた混合液はヒータ5の熱により気化され、気化器4で気化した混合気は改質器6へ送出される。   The vaporizer 4 vaporizes the mixed liquid of fuel and water. The heater 5 provided in the vaporizer 4 is made of an electric heating material (for example, Au) whose electric resistance value depends on temperature. Therefore, the heater 5 also functions as a temperature sensor that reads the temperature from the electric resistance value, and the temperature of the vaporizer 4 is converted into an electric signal by the heater 5. The liquid mixture sent from the pump 3 to the vaporizer 4 is vaporized by the heat of the heater 5, and the gas mixture vaporized by the vaporizer 4 is sent to the reformer 6.

改質器6は、気化器4で気化した水と燃料から水素ガス等を触媒反応により生成し、更に微量ながら一酸化炭素ガスを生成する。改質器6の内部には流路が形成され、その流路の壁面に改質触媒(例えば、Cu/ZnO系触媒又はPd/ZnO系触媒)が担持されている。気化器4から改質器6に送られた混合気は、改質器6の流路を流れ、改質触媒により反応を起こす。燃料がメタノールの場合には、次式(3)に示す化学反応が改質器6で起こり、引き続き式(4)に示す水性逆シフト反応が改質器6で起こる。
CH3OH+H2O→3H2+CO2 …(3)
2+CO2→H2O+CO …(4)
The reformer 6 generates hydrogen gas or the like from the water vaporized in the vaporizer 4 and the fuel by a catalytic reaction, and further generates a carbon monoxide gas with a small amount. A flow path is formed inside the reformer 6, and a reforming catalyst (for example, a Cu / ZnO-based catalyst or a Pd / ZnO-based catalyst) is supported on the wall surface of the flow path. The air-fuel mixture sent from the vaporizer 4 to the reformer 6 flows through the flow path of the reformer 6 and reacts with the reforming catalyst. When the fuel is methanol, a chemical reaction represented by the following formula (3) occurs in the reformer 6, and subsequently, an aqueous reverse shift reaction represented by the formula (4) occurs in the reformer 6.
CH 3 OH + H 2 O → 3H 2 + CO 2 (3)
H 2 + CO 2 → H 2 O + CO (4)

改質器6には、改質器6を加熱するヒータ7が設けられている。また、触媒燃焼器26は、燃料電池20のアノード22より送られてきた水素を燃焼させて、主に改質器6を加熱するものである。ヒータ7は、ヒータ5と同様に温度センサを兼ねた電熱材である。つまり、ヒータ7は電気により改質器6を加熱するとともに、改質器6の温度を検出して電気信号に変換するものである。式(3)の改質器6における改質反応である水蒸気改質反応は吸熱反応であり、触媒燃焼器26の燃焼熱やヒータ7の熱が改質器6の改質反応に用いられる。   The reformer 6 is provided with a heater 7 for heating the reformer 6. The catalytic combustor 26 mainly heats the reformer 6 by burning hydrogen sent from the anode 22 of the fuel cell 20. The heater 7 is an electric heating material that also serves as a temperature sensor, like the heater 5. That is, the heater 7 heats the reformer 6 by electricity, and detects the temperature of the reformer 6 and converts it into an electric signal. The steam reforming reaction, which is a reforming reaction in the reformer 6 of Formula (3), is an endothermic reaction, and the combustion heat of the catalytic combustor 26 and the heat of the heater 7 are used for the reforming reaction of the reformer 6.

改質器6で生成された水素ガス等は選択酸化反応器8に送出され、更に外部の空気がエアポンプ27によって選択酸化反応器8に送られる。このエアポンプ27は、電気駆動式エアポンプであり、コントローラ30によって制御される。
選択酸化反応器8は、次式(5)のように一酸化炭素を触媒により優先的に酸化させることで、一酸化炭素を選択的に除去する。
2CO+O2→2CO2 …(5)
Hydrogen gas or the like generated by the reformer 6 is sent to the selective oxidation reactor 8, and external air is further sent to the selective oxidation reactor 8 by the air pump 27. The air pump 27 is an electrically driven air pump and is controlled by the controller 30.
The selective oxidation reactor 8 selectively removes carbon monoxide by preferentially oxidizing carbon monoxide with a catalyst as shown in the following formula (5).
2CO + O 2 → 2CO 2 (5)

選択酸化反応器8にはヒータ9が設けられ、ヒータ9によって選択酸化反応器8が加熱される。ヒータ9は、ヒータ5と同様に温度センサを兼ねたものである。なお、選択酸化反応器8においても、水素と酸素の存在下で式(4)の水性逆シフト反応を引き起こす場合がある。   The selective oxidation reactor 8 is provided with a heater 9, and the selective oxidation reactor 8 is heated by the heater 9. The heater 9 also serves as a temperature sensor like the heater 5. In the selective oxidation reactor 8 as well, the aqueous reverse shift reaction of the formula (4) may be caused in the presence of hydrogen and oxygen.

気化器4、改質器6、触媒燃焼器26及び選択酸化反応器8は断熱パッケージ29内に収容されている。断熱パッケージ29内が真空状態(好ましくは、圧力10Pa以下、更に好ましくは1Pa以下に減圧された状態)となっており、断熱パッケージ29内の熱が外部に放散し難くなっている。また、断熱パッケージ29はガラス製又は金属製であり、断熱パッケージ29の内面には、赤外線反射膜(例えば、Au、Ag、Al)が成膜されている。   The vaporizer 4, the reformer 6, the catalytic combustor 26 and the selective oxidation reactor 8 are accommodated in a heat insulation package 29. The inside of the heat insulation package 29 is in a vacuum state (preferably, the pressure is reduced to 10 Pa or less, more preferably 1 Pa or less), and the heat in the heat insulation package 29 is difficult to dissipate to the outside. The heat insulation package 29 is made of glass or metal, and an infrared reflection film (for example, Au, Ag, Al) is formed on the inner surface of the heat insulation package 29.

また、気化器4、改質器6、選択酸化反応器8の適温はそれぞれ異なるので、気化器4、改質器6、選択酸化反応器8及び触媒燃焼器26等の設置位置・材質等が設計されることによって、気化器4、改質器6及び選択酸化反応器8が適温に保たれやすくなっている。定常状態では、選択酸化反応器8が約120℃に保たれ、改質器6が選択酸化反応器8よりも高温(約300〜350℃)に保たれ、且つ、気化器4が選択酸化反応器8と同程度の温度(約100〜130℃)に保たれる。   Further, since the proper temperatures of the vaporizer 4, the reformer 6, and the selective oxidation reactor 8 are different from each other, the installation positions and materials of the vaporizer 4, the reformer 6, the selective oxidation reactor 8, the catalytic combustor 26, and the like are different. By being designed, the vaporizer 4, the reformer 6 and the selective oxidation reactor 8 are easily maintained at an appropriate temperature. In the steady state, the selective oxidation reactor 8 is maintained at about 120 ° C., the reformer 6 is maintained at a higher temperature (about 300 to 350 ° C.) than the selective oxidation reactor 8, and the vaporizer 4 is selectively oxidized. The same temperature as the vessel 8 (about 100 to 130 ° C.) is maintained.

図2は、選択酸化反応器8の縦断面及び選択器10を示した図であり、図3は、選択酸化反応器8の横断面図である。ここで、図2に示された選択酸化反応器8の断面は、図3に示されたII−IIに沿った面の矢視断面図であり、図3は、図2に示されたIII−IIIに沿った面の矢視断面図である。   FIG. 2 is a view showing a longitudinal section of the selective oxidation reactor 8 and the selector 10, and FIG. 3 is a transverse sectional view of the selective oxidation reactor 8. Here, the cross section of the selective oxidation reactor 8 shown in FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II shown in FIG. 3, and FIG. It is arrow sectional drawing of the surface along -III.

図2、図3に示すように、二枚の基板41,42が接合され、この接合体が選択酸化反応器8の本体となっている。基板41,42の接合体には、葛折り状の流路43と、流路43に通じた複数のポート44〜49が形成されている。具体的には、基板42の接合面に溝が凹設され、その接合面に基板41が接合されることでその溝が基板41によって蓋をされて、その溝が流路43となっている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the two substrates 41 and 42 are joined, and this joined body is the main body of the selective oxidation reactor 8. In the joined body of the substrates 41 and 42, a twisted flow path 43 and a plurality of ports 44 to 49 communicating with the flow path 43 are formed. Specifically, a groove is formed in the bonding surface of the substrate 42, and the substrate 41 is bonded to the bonding surface, so that the groove is covered with the substrate 41, and the groove is a flow path 43. .

流路43は一端部から他端部にかけて分岐せずに一本となっている。ポート44〜49が基板41の接合面からその反対面まで貫通している孔である。ポート44は流路43の一端部に通じ、ポート49が流路43の他端部に通じている。ポート45〜48は、流路43の一端部と他端部の間において流路43に通じている。ポート44を基準としてポート45〜49までの流路43に沿った距離は、ポート49、ポート48、ポート47、ポート46、ポート45の順に長い。流路43の壁面には、選択酸化触媒(例えば、白金)50が担持されている。選択酸化触媒50の担持方法としては、例えば、基板42に形成された溝43に対応する部分が開口したドライフィルムからなるフォトレジストを貼り付けてから選択酸化触媒50となる触媒粒子を分散媒中に分散させてなる触媒分散液をディスペンサで塗布後にフォトレジストを剥離する、或いは、基板42に形成された溝43に直接インクジェットノズルにより触媒分散液を塗布する方法がある。ヒータ9は選択酸化反応器8の本体の外面に設けられている。選択酸化触媒50は、他の貴金属であってもよい。   The flow path 43 is not branched from one end portion to the other end portion, but is a single channel. The ports 44 to 49 are holes that penetrate from the bonding surface of the substrate 41 to the opposite surface. The port 44 communicates with one end of the flow path 43, and the port 49 communicates with the other end of the flow path 43. The ports 45 to 48 communicate with the flow path 43 between one end and the other end of the flow path 43. The distance along the flow path 43 from the ports 45 to 49 with respect to the port 44 is longer in the order of the port 49, the port 48, the port 47, the port 46, and the port 45. A selective oxidation catalyst (for example, platinum) 50 is supported on the wall surface of the flow path 43. As a method for supporting the selective oxidation catalyst 50, for example, after attaching a photoresist made of a dry film having an opening corresponding to the groove 43 formed in the substrate 42, catalyst particles that become the selective oxidation catalyst 50 are dispersed in the dispersion medium. There is a method in which the photoresist dispersion is applied after the catalyst dispersion liquid dispersed in the substrate is applied by a dispenser, or the catalyst dispersion liquid is applied directly to the groove 43 formed in the substrate 42 by an ink jet nozzle. The heater 9 is provided on the outer surface of the main body of the selective oxidation reactor 8. The selective oxidation catalyst 50 may be another noble metal.

ポート44がインレットポートであり、ポート45〜49がアウトレットポートである。つまり、図1に示すように、選択酸化反応器8のポート44が改質器6及びエアポンプ27に接続されており、改質器6から選択酸化反応器8に送られた水素ガス及び一酸化炭素ガス等が空気と混合して選択酸化反応器8のポート44を通って流路43に流れ込む。水素ガス、一酸化炭素ガス及び空気等が流路43を流れると、一酸化炭素が選択酸化触媒50により優先的に酸化される。そして、一酸化炭素が除去された混合気は、流路43から選択器10により選択されたポート45〜49の何れかを通って流出する。   Port 44 is an inlet port, and ports 45 to 49 are outlet ports. That is, as shown in FIG. 1, the port 44 of the selective oxidation reactor 8 is connected to the reformer 6 and the air pump 27, and the hydrogen gas and monoxide sent from the reformer 6 to the selective oxidation reactor 8. Carbon gas or the like is mixed with air and flows into the flow path 43 through the port 44 of the selective oxidation reactor 8. When hydrogen gas, carbon monoxide gas, air, or the like flows through the flow path 43, carbon monoxide is preferentially oxidized by the selective oxidation catalyst 50. Then, the air-fuel mixture from which carbon monoxide has been removed flows out from the flow path 43 through any of the ports 45 to 49 selected by the selector 10.

選択酸化反応器8のアウトレットポート45〜49と燃料電池20のアノード22との間には選択器10が設けられている。選択器10は流路43の有効長さを切り替える流路切替器である。つまり、選択器10が選択酸化反応器8のアウトレットポート45〜49の中から何れかを選択することによって、流路43の有効長さがインレットポート44からその選択したアウトレットポートまでの流路43に沿った長さに決まる。有効長さとは、反応に寄与している長さであって、反応物が実質的に流動する長さをいう。選択器10としては、複数の電磁駆動式開閉バルブ又は電磁駆動式方向切替バルブを用いることができる。選択器10は電磁駆動式のものであり、選択器10がコントローラ30によって制御されることによって、選択器10が切替動作を行う。具体的には、選択器10はバルブ51〜55を有しており、アウトレットポート45〜49にはそれぞれ配管61〜65の一端が接続されており、配管61〜65の他端にはそれぞれバルブ51〜55の入力端が設けられ、バルブ51〜55の出力端は集合管66の入力端と接続され、集合管66の出力端は、燃料電池20のアノード22に接続されている。コントローラ30がバルブ51〜55の何れか1つのみを開くことによって、その選択されたバルブに通じたアウトレットポートの選択がなされる。   A selector 10 is provided between the outlet ports 45 to 49 of the selective oxidation reactor 8 and the anode 22 of the fuel cell 20. The selector 10 is a flow path switching unit that switches the effective length of the flow path 43. That is, when the selector 10 selects one of the outlet ports 45 to 49 of the selective oxidation reactor 8, the effective length of the flow path 43 becomes the flow path 43 from the inlet port 44 to the selected outlet port. It is determined by the length along. The effective length is the length that contributes to the reaction, and the length that the reactant substantially flows. As the selector 10, a plurality of electromagnetically driven open / close valves or electromagnetically driven directional switching valves can be used. The selector 10 is an electromagnetic drive type, and when the selector 10 is controlled by the controller 30, the selector 10 performs a switching operation. Specifically, the selector 10 has valves 51 to 55, one ends of pipes 61 to 65 are connected to the outlet ports 45 to 49, respectively, and valves are respectively connected to the other ends of the pipes 61 to 65. Input ends of 51 to 55 are provided, output ends of the valves 51 to 55 are connected to an input end of the collecting pipe 66, and an output end of the collecting pipe 66 is connected to the anode 22 of the fuel cell 20. When the controller 30 opens only one of the valves 51 to 55, the outlet port connected to the selected valve is selected.

選択酸化反応器8において一酸化炭素が除去された混合気は、アウトレットポート45〜49のうち選択器10によって選択されたアウトレットポートからアノード22に送られる。上述したように、電解質膜21を通じた電気化学反応により発電が起こり、アノード22において水素が消費され、エアポンプ23によって送られる空気中の酸素がカソード23において消費される。アノード22において反応しなかった水素は他の生成物とともに触媒燃焼器26に送られ、触媒燃焼器26において水素が燃焼する。触媒燃焼器26でも燃焼しなかった水素が他の生成物とともに水素燃焼器28に送られる。一方、外部の空気がエアポンプ27によって水素燃料器28に送られ、水素燃焼器28において水素が燃焼する。そして、各種の生成物が水素燃焼器28から外部に排出される。この水素燃焼器28は断熱パッケージ29の外に配置されている。   The air-fuel mixture from which carbon monoxide has been removed in the selective oxidation reactor 8 is sent to the anode 22 from the outlet port selected by the selector 10 among the outlet ports 45 to 49. As described above, power is generated by an electrochemical reaction through the electrolyte membrane 21, hydrogen is consumed at the anode 22, and oxygen in the air sent by the air pump 23 is consumed at the cathode 23. Hydrogen that has not reacted at the anode 22 is sent to the catalytic combustor 26 together with other products, and hydrogen is combusted in the catalytic combustor 26. Hydrogen that has not burned in the catalytic combustor 26 is sent to the hydrogen combustor 28 together with other products. On the other hand, external air is sent to the hydrogen fuel device 28 by the air pump 27, and hydrogen is burned in the hydrogen combustor 28. Various products are discharged from the hydrogen combustor 28 to the outside. The hydrogen combustor 28 is disposed outside the heat insulation package 29.

コントローラ30は、エアポンプ25,27を制御して、エアポンプ25,27の作動・停止をするものである。また、コントローラ30は、ポンプ3を制御し、ポンプ3の供給量を増減したり、ポンプ3の作動・停止をしたりする。また、コントローラ30は、ヒータ5,7,9の加熱温度を調整する。ここで、コントローラ30は、ヒータ5,7,9やポンプ3の出力を調整するに際して、ヒータ5,7,9による検出温度に基づきヒータ5,7,9やポンプ3の出力を設定する。コントローラ30がヒータ5,7,9やポンプ3の出力を調整することによって、気化器4、改質器6、選択酸化反応器8が所定の適温に維持される。これにより、気化器4、改質器6及び選択酸化反応器8等が定常状態になり、気化器4、改質器6、選択酸化反応器8で効率よく気化又は反応が起こる。   The controller 30 controls the air pumps 25 and 27 to operate and stop the air pumps 25 and 27. Further, the controller 30 controls the pump 3 to increase / decrease the supply amount of the pump 3 and operate / stop the pump 3. Further, the controller 30 adjusts the heating temperature of the heaters 5, 7, 9. Here, when adjusting the outputs of the heaters 5, 7, 9 and the pump 3, the controller 30 sets the outputs of the heaters 5, 7, 9 and the pump 3 based on the temperatures detected by the heaters 5, 7, 9. The controller 30 adjusts the outputs of the heaters 5, 7, 9 and the pump 3 so that the vaporizer 4, the reformer 6, and the selective oxidation reactor 8 are maintained at a predetermined appropriate temperature. As a result, the vaporizer 4, the reformer 6, the selective oxidation reactor 8 and the like are in a steady state, and the vaporizer 4, the reformer 6, and the selective oxidation reactor 8 efficiently vaporize or react.

気化器4、改質器6及び選択酸化反応器8が定常状態で動作していると、通常、燃料電池20も定常状態で動作する。しかし、何かしらの原因で選択酸化反応器8において化学平衡状態が崩れ、選択酸化反応器8で一酸化炭素が十分に酸化しないことがある。そこで、選択酸化反応器8の酸化能力を調整できるようになっている。具体的には、選択器10によって切替動作が行われることで、選択酸化反応器8の酸化能力が調整される。つまり、インレットポート44を基準としてアウトレットポート45〜49までの流路43に沿った距離は、アウトレットポート49、アウトレットポート48、アウトレットポート47、アウトレットポート46、アウトレットポート45の順に長いので、選択酸化反応器8の酸化能力は、アウトレットポート49、アウトレットポート48、アウトレットポート47、アウトレットポート46、アウトレットポート45の順に高い。   When the vaporizer 4, the reformer 6, and the selective oxidation reactor 8 are operating in a steady state, the fuel cell 20 is normally operated in a steady state. However, the chemical equilibrium may be lost in the selective oxidation reactor 8 for some reason, and carbon monoxide may not be sufficiently oxidized in the selective oxidation reactor 8. Therefore, the oxidation capability of the selective oxidation reactor 8 can be adjusted. Specifically, the oxidation operation of the selective oxidation reactor 8 is adjusted by performing the switching operation by the selector 10. That is, since the distance along the flow path 43 from the inlet port 44 to the outlet ports 45 to 49 is longer in the order of the outlet port 49, outlet port 48, outlet port 47, outlet port 46, outlet port 45, selective oxidation. The oxidation capacity of the reactor 8 is higher in the order of the outlet port 49, the outlet port 48, the outlet port 47, the outlet port 46, and the outlet port 45.

選択酸化反応器8において一酸化炭素が十分に選択酸化反応しているか否かは、燃料電池20のアノード22の温度により判断される。即ち、アノード22に供給される改質ガス中の酸素の濃度が高いと、アノード22において改質ガス中の水素の燃焼が起こりやすく、水素の燃焼熱によってアノード22の温度が上昇してしまう。また、選択酸化反応器8から燃料電池20に送られる改質ガス中の酸素の濃度は、選択酸化反応器8で一酸化炭素が十分に選択酸化反応している場合よりも選択反応器8で十分に選択酸化反応していない場合のほうが高い。それ故、選択酸化反応器8において一酸化炭素が十分に選択酸化反応している場合には、エアポンプ27によって供給された空気中の多くの酸素は消費される。そのため、アノード22に供給される酸素の濃度が低いので、水素の燃焼反応の進行が抑制されてアノード22の温度上昇が起こりにくい。一方、選択酸化反応器8において一酸化炭素が十分に選択酸化反応していない場合には、エアポンプ27によって供給された空気中の多くの酸素が消費されているわけではない。そのため、アノード22に供給される酸素の濃度が高いので、水素の燃焼反応の進行が相対的に増大しアノード22の温度上昇が起こりやすい。選択反応器8において一酸化炭素が十分に選択酸化反応しているか否かを検出するべく、燃料電池20のアノード22に温度センサ24が設けられ、アノード22の温度が温度センサ24により検出される。   Whether or not carbon monoxide is sufficiently selectively oxidized in the selective oxidation reactor 8 is determined by the temperature of the anode 22 of the fuel cell 20. That is, when the concentration of oxygen in the reformed gas supplied to the anode 22 is high, combustion of hydrogen in the reformed gas tends to occur at the anode 22, and the temperature of the anode 22 rises due to the combustion heat of hydrogen. Further, the oxygen concentration in the reformed gas sent from the selective oxidation reactor 8 to the fuel cell 20 is higher in the selective reactor 8 than in the case where the carbon monoxide is sufficiently selectively oxidized in the selective oxidation reactor 8. It is higher when there is not enough selective oxidation reaction. Therefore, when carbon monoxide is sufficiently selectively oxidized in the selective oxidation reactor 8, much oxygen in the air supplied by the air pump 27 is consumed. Therefore, since the concentration of oxygen supplied to the anode 22 is low, the progress of the hydrogen combustion reaction is suppressed and the temperature of the anode 22 is unlikely to rise. On the other hand, when carbon monoxide is not sufficiently selectively oxidized in the selective oxidation reactor 8, much oxygen in the air supplied by the air pump 27 is not consumed. Therefore, since the concentration of oxygen supplied to the anode 22 is high, the progress of the hydrogen combustion reaction is relatively increased, and the temperature of the anode 22 is likely to rise. In order to detect whether or not carbon monoxide is sufficiently selectively oxidized in the selective reactor 8, a temperature sensor 24 is provided at the anode 22 of the fuel cell 20, and the temperature of the anode 22 is detected by the temperature sensor 24. .

温度センサ24によって検出された温度はコントローラ30に出力される。コントローラ30は、温度センサ24による燃料電池20のアノード22の検出温度に基づき選択器10を制御する。具体的には、コントローラ30は温度センサ24による検出温度を所定の閾値(この閾値は、燃料電池20が定常状態で動作しているときのアノード22の定常温度に相当する。)と比較する。そして、コントローラ30は、比較の結果、温度センサ24による検出温度が所定の閾値に達したと判断したら、選択器10の切替をする。より具体的には、コントローラ30が選択器10の切替をすると、選択器10は、アウトレットポート45〜49の中から選択するアウトレットポートを、選択中のアウトレットポートの次にインレットポート44から遠いアウトレットポートに切り替える。   The temperature detected by the temperature sensor 24 is output to the controller 30. The controller 30 controls the selector 10 based on the temperature detected by the temperature sensor 24 at the anode 22 of the fuel cell 20. Specifically, the controller 30 compares the temperature detected by the temperature sensor 24 with a predetermined threshold value (this threshold value corresponds to the steady temperature of the anode 22 when the fuel cell 20 is operating in a steady state). If the controller 30 determines that the temperature detected by the temperature sensor 24 has reached a predetermined threshold as a result of the comparison, the controller 30 switches the selector 10. More specifically, when the controller 30 switches the selector 10, the selector 10 selects an outlet port to be selected from the outlet ports 45 to 49, next to the outlet port next to the selected outlet port. Switch to the port.

次に、図4を用いて、燃料電池システム1の動作及びコントローラ30の制御動作について説明する。
まず、コントローラ30が選択器10を制御し、選択器10によってインレットポート44に最も近いアウトレットポート45が選択される(ステップS1)。つまり、コントローラ30がバルブ51のみ開き、バルブ52〜55を閉じる。これにより、インレットポート44からアウトレットポート45に至る流路43では一酸化炭素の選択酸化が行われるが、アウトレットポート45からアウトレットポート49に至る流路43では一酸化炭素の選択酸化が行われないため選択酸化反応器8の酸化能力が最も低い状態になる。
Next, the operation of the fuel cell system 1 and the control operation of the controller 30 will be described with reference to FIG.
First, the controller 30 controls the selector 10, and the selector 10 selects the outlet port 45 closest to the inlet port 44 (step S1). That is, the controller 30 opens only the valve 51 and closes the valves 52 to 55. Accordingly, the selective oxidation of carbon monoxide is performed in the flow path 43 from the inlet port 44 to the outlet port 45, but the selective oxidation of carbon monoxide is not performed in the flow path 43 from the outlet port 45 to the outlet port 49. Therefore, the oxidation ability of the selective oxidation reactor 8 is in the lowest state.

そして、コントローラ30によってヒータ5,7,9に電力が供給され、気化器4、改質器6及び選択酸化反応器8がそれぞれの適温範囲に加熱される。次に、コントローラ30がポンプ3及びエアポンプ25,27を駆動する。そうすると、燃料器2内の液体燃料及び水が気化器4に送られ、外部の空気が選択酸化反応器8、触媒燃焼器26、水素燃焼器28及びカソード23に送られる。そのため、混合液が気化器4で気化され、気化器4で気化した燃料と水の混合気が改質器6で水素等に改質され、改質器6で生成された微量な一酸化炭素が選択酸化反応器8で酸化され、アノード22に供給された水素とカソード23に供給された酸素との電気化学反応により電気が発生し、アノード22において反応しなかった水素が触媒燃焼器26で燃焼され、触媒燃焼器26において反応しなかった水素が水素燃焼器28で燃焼される。触媒燃焼器26で水素が燃焼されることで、気化器4、改質器6及び選択酸化反応器8がそれぞれ所望の温度に加熱される。なお、選択酸化反応器8から生成物が排出されるアウトレットポートは、選択器10によって選択されたアウトレットポートである。   Then, electric power is supplied to the heaters 5, 7 and 9 by the controller 30, and the vaporizer 4, the reformer 6 and the selective oxidation reactor 8 are heated to their appropriate temperature ranges. Next, the controller 30 drives the pump 3 and the air pumps 25 and 27. Then, the liquid fuel and water in the fuel device 2 are sent to the vaporizer 4, and external air is sent to the selective oxidation reactor 8, the catalytic combustor 26, the hydrogen combustor 28 and the cathode 23. Therefore, the mixed liquid is vaporized by the vaporizer 4, and the fuel / water mixture vaporized by the vaporizer 4 is reformed to hydrogen or the like by the reformer 6, and a small amount of carbon monoxide generated by the reformer 6. Is oxidized in the selective oxidation reactor 8, and electricity is generated by an electrochemical reaction between hydrogen supplied to the anode 22 and oxygen supplied to the cathode 23, and hydrogen that has not reacted in the anode 22 is generated in the catalytic combustor 26. Hydrogen that has been burned and has not reacted in the catalytic combustor 26 is burned in the hydrogen combustor 28. By burning hydrogen in the catalytic combustor 26, the vaporizer 4, the reformer 6, and the selective oxidation reactor 8 are each heated to a desired temperature. The outlet port from which the product is discharged from the selective oxidation reactor 8 is an outlet port selected by the selector 10.

燃料電池20が発電している間、コントローラ30はヒータ5,7,9による検出温度に基づきヒータ5,7,9やポンプ3の出力を制御する。これにより気化器4、改質器6、選択酸化反応器8等が定常状態で動作する。   While the fuel cell 20 is generating power, the controller 30 controls the outputs of the heaters 5, 7, 9 and the pump 3 based on the temperatures detected by the heaters 5, 7, 9. Thereby, the vaporizer 4, the reformer 6, the selective oxidation reactor 8 and the like operate in a steady state.

また、コントローラ30は、気化器4、改質器6及び選択酸化反応器8の定常運転を行っている間に、温度センサ24による検出温度を監視し、温度センサ24による検出温度を所定の閾値と比較する(ステップS2)。
定常状態(正常状態)における選択酸化反応器8から排出された改質ガスに含まれている一酸化炭素の濃度範囲は、エアポンプ27で供給された空気中の酸素の量、燃料容器2から供給された燃料と水の混合液の量、改質器6での転化率(温度に依存)に基づく一酸化炭素の生成量等にしたがって予め設定されており、一酸化炭素が長時間接しても燃料電池20の触媒が被毒されない程度の低濃度になるように設定されている。換言すれば定常状態において、選択酸化による酸素の消費量が多いため、選択酸化反応器8から排出される酸素濃度が低く、水素の燃焼反応が十分に起こらないため、温度センサ24による検出温度は上記閾値未満となる。
一方、何らかの理由、例えば選択酸化反応器8内での改質ガスの流れの速度が一時的に高くなることによって十分選択酸化が行われないために、長時間接することによって燃料電池20の触媒が被毒される程度の濃度の一酸化炭素が選択酸化反応器8から排出されれば、予め定常状態で十分消費する程度に設定していた酸素が消費されずに残ったことになり、相対的に高濃度の酸素によって燃料電池20内で水素を燃焼し、温度センサ24による検出温度は上記閾値以上となる。
このように、通常は、選択酸化反応器8を含むシステム全体が定常動作すれば、選択酸化反応器8からアノード22に送られるガス中の酸素の濃度が相対的に低くなる。そのため、温度センサ24による検出温度が所定の閾値に達することはなく、コントローラ30が温度センサ24による検出温度の監視を継続する(ステップS2:No)。
The controller 30 monitors the temperature detected by the temperature sensor 24 while the vaporizer 4, the reformer 6 and the selective oxidation reactor 8 are in steady operation, and the temperature detected by the temperature sensor 24 is set to a predetermined threshold value. (Step S2).
The concentration range of carbon monoxide contained in the reformed gas discharged from the selective oxidation reactor 8 in the steady state (normal state) is the amount of oxygen in the air supplied by the air pump 27, supplied from the fuel container 2. Is set in advance according to the amount of the mixed liquid of fuel and water, the amount of carbon monoxide produced based on the conversion rate (depending on temperature) in the reformer 6, and even if carbon monoxide is in contact for a long time The concentration of the fuel cell 20 is set so as not to be poisoned. In other words, in a steady state, the amount of oxygen consumed by selective oxidation is large. Therefore, the concentration of oxygen discharged from the selective oxidation reactor 8 is low, and hydrogen combustion reaction does not occur sufficiently. It is less than the above threshold.
On the other hand, since the selective oxidation is not sufficiently performed due to a temporary increase in the flow rate of the reformed gas in the selective oxidation reactor 8, for example, the catalyst of the fuel cell 20 is contacted for a long time. If carbon monoxide having a concentration to be poisoned is discharged from the selective oxidation reactor 8, the oxygen that has been set to be sufficiently consumed in a steady state remains without being consumed. In addition, hydrogen is burned in the fuel cell 20 with a high concentration of oxygen, and the temperature detected by the temperature sensor 24 is equal to or higher than the above threshold value.
As described above, normally, if the entire system including the selective oxidation reactor 8 operates normally, the concentration of oxygen in the gas sent from the selective oxidation reactor 8 to the anode 22 becomes relatively low. For this reason, the temperature detected by the temperature sensor 24 does not reach a predetermined threshold value, and the controller 30 continues to monitor the temperature detected by the temperature sensor 24 (step S2: No).

一方、何かしらの原因により選択酸化反応器8において一酸化炭素が十分に酸化しないと、選択酸化反応器8からアノード22に送られるガス中の酸素の濃度が高くなる。そのため、アノード22の温度が上昇する。そして、温度センサ24による検出温度が所定の閾値に達したとコントローラ30が判断したら(ステップS2:Yes)、コントローラ30は選択器10によって現在選択されているアウトレットポートを確認する(ステップS3)。選択器10によって選択されているアウトレットポートがインレットポート44から最も遠いアウトレットポート49でないことをコントローラ30が確認したら(ステップS3:No)、コントローラ30が選択器10を制御し、現在選択中のアウトレットポートの次にインレットポート44から遠いアウトレットポートに切り替える(ステップS4)。具体的には、コントローラ30が、現在選択中のアウトレットポートのバルブを閉じ、次にインレットポート44から遠いアウトレットポートのバルブを開く。そうすると、選択酸化反応器8の酸化能力が高くなるので、選択酸化反応器8からアノード22に送出されるガス中の酸素の濃度がより低くなり、これによりアノード22の温度が低下して所定閾値未満になるかどうか確認する(ステップS2に戻る)。このように引き続きコントローラ30が温度センサ24による検出温度の監視を継続する。   On the other hand, if carbon monoxide is not sufficiently oxidized in the selective oxidation reactor 8 for some reason, the concentration of oxygen in the gas sent from the selective oxidation reactor 8 to the anode 22 increases. Therefore, the temperature of the anode 22 rises. When the controller 30 determines that the temperature detected by the temperature sensor 24 has reached a predetermined threshold (step S2: Yes), the controller 30 confirms the outlet port currently selected by the selector 10 (step S3). When the controller 30 confirms that the outlet port selected by the selector 10 is not the outlet port 49 farthest from the inlet port 44 (step S3: No), the controller 30 controls the selector 10 to select the currently selected outlet. Next to the port, it is switched to an outlet port far from the inlet port 44 (step S4). Specifically, the controller 30 closes the currently selected outlet port valve, and then opens the outlet port valve far from the inlet port 44. Then, since the oxidation capability of the selective oxidation reactor 8 is increased, the concentration of oxygen in the gas sent from the selective oxidation reactor 8 to the anode 22 becomes lower, thereby lowering the temperature of the anode 22 and reducing the predetermined threshold value. It is confirmed whether or not it is less than (return to step S2). In this way, the controller 30 continues to monitor the temperature detected by the temperature sensor 24.

以上のように、ステップS2において温度センサ24による検出温度が所定の閾値に達するごとに、選択器10により選択されるアウトレットポートがインレットポート44から遠いものに切り替わる(ステップS2:No、ステップS3:No、ステップS4)。ステップS3において選択器10により選択されているアウトレットポートが、改質ガスの通過する流路43の有効長さを最も長くするアウトレットポート49であるとコントローラ30が確認する(ステップS3:Yes)と、流路43の有効長さをそれ以上長くして選択酸化反応を促進させることができないためにコントローラ30がポンプ3及びエアポンプ26,27を停止するとともに、ヒータ5,7,9の電力供給を止める(ステップS5)。これにより、燃料電池システム1がシャットダウンする。あわせて、コントローラ30が異常信号を出力する。   As described above, every time the temperature detected by the temperature sensor 24 reaches the predetermined threshold value in step S2, the outlet port selected by the selector 10 is switched to one far from the inlet port 44 (step S2: No, step S3: No, step S4). When the controller 30 confirms that the outlet port selected by the selector 10 in step S3 is the outlet port 49 that maximizes the effective length of the flow path 43 through which the reformed gas passes (step S3: Yes). The controller 30 stops the pump 3 and the air pumps 26 and 27 and supplies power to the heaters 5, 7 and 9 because the effective length of the flow path 43 cannot be further increased to promote the selective oxidation reaction. Stop (step S5). Thereby, the fuel cell system 1 shuts down. At the same time, the controller 30 outputs an abnormal signal.

本実施形態によれば、アウトレットポート45〜49の切替が選択器10によって行われることによって、選択酸化反応器8における実質的な流路43の有効長さが変更される。特に、アノード22の温度が所定閾値に達するごとに、選択酸化反応器8における実質的な流路43の有効長さが長くなる。そのため、一酸化炭素を十分に除去しつつ、水性逆シフト反応による一酸化炭素の生成を抑えることができる。従って、選択酸化反応器8における一酸化炭素の除去を安定して行えられる。
また、複数のアウトレットポート45〜49が選択酸化反応器8に設けられているだけであって、選択酸化能力を多段階にしても選択酸化反応器8を共用しているので大型化しない。また、選択酸化反応器8と燃料電池20との間に選択器10を設けるので、燃料電池システム1自体が複雑化・大型化しない。
According to this embodiment, the effective length of the flow path 43 in the selective oxidation reactor 8 is changed by switching the outlet ports 45 to 49 by the selector 10. In particular, every time the temperature of the anode 22 reaches a predetermined threshold, the effective length of the substantial flow path 43 in the selective oxidation reactor 8 increases. Therefore, it is possible to suppress the production of carbon monoxide due to the aqueous reverse shift reaction while sufficiently removing carbon monoxide. Therefore, removal of carbon monoxide in the selective oxidation reactor 8 can be performed stably.
Further, the plurality of outlet ports 45 to 49 are only provided in the selective oxidation reactor 8, and even if the selective oxidation capability is multistage, the selective oxidation reactor 8 is shared so that the size is not increased. Further, since the selector 10 is provided between the selective oxidation reactor 8 and the fuel cell 20, the fuel cell system 1 itself does not become complicated and large.

なお、燃料電池20のアノード22の温度が閾値に達しなかったにもかかわらず、燃料電池20の性能が低下した場合、改質器6から選択酸化反応器8に送られるガス中の一酸化炭素濃度が一時的に上昇したり、選択酸化反応器8における選択酸化反応を阻害する物質(例えば、未反応メタノール)が改質器6から選択酸化反応器8に多量に導入されたりすることによって、アノード22に送られるガス中の一酸化炭素濃度が一時手に上昇したことが考えられる。このような場合では、一酸化炭素濃度が戻るにしたがって徐々に燃料電池20の性能は回復していくが、一酸化炭素濃度が高い状態が継続すると、燃料電池20の性能が著しく低下してしまう。そのため、選択器10の下流の経路を方向制御弁等によってアノード22から触媒燃焼器26に一旦切り替えて、燃料電池20のアノード22へのガス導入を回避すると同時に、エアポンプ25によってカソード23に加えてアノード22にも空気を導入するよう切替を行って、燃料電池20の性能劣化の抑制を図ったほうがよい。その後、一定時間経過したら、選択器10の下流の経路を方向制御弁等によって触媒燃焼器26からアノード22に切り替えるとともに、アノード22への空気導入を停止する。   If the temperature of the anode 22 of the fuel cell 20 does not reach the threshold value but the performance of the fuel cell 20 is deteriorated, carbon monoxide in the gas sent from the reformer 6 to the selective oxidation reactor 8. The concentration temporarily increases, or a substance (for example, unreacted methanol) that inhibits the selective oxidation reaction in the selective oxidation reactor 8 is introduced into the selective oxidation reactor 8 in a large amount from the reformer 6. It is considered that the concentration of carbon monoxide in the gas sent to the anode 22 increased temporarily. In such a case, the performance of the fuel cell 20 gradually recovers as the carbon monoxide concentration returns. However, if the carbon monoxide concentration continues to be high, the performance of the fuel cell 20 is significantly degraded. . Therefore, the downstream path of the selector 10 is temporarily switched from the anode 22 to the catalytic combustor 26 by a directional control valve or the like to avoid gas introduction to the anode 22 of the fuel cell 20 and at the same time added to the cathode 23 by the air pump 25. It is better to switch the air to be introduced into the anode 22 to suppress the performance deterioration of the fuel cell 20. Thereafter, when a certain period of time has elapsed, the path downstream of the selector 10 is switched from the catalytic combustor 26 to the anode 22 by a direction control valve or the like, and air introduction to the anode 22 is stopped.

〔第2の実施の形態〕
第2の実施形態においては、図5に示すように、アノード22に温度センサ24が設けられていないが、選択器10からアノード22までの経路の途中に酸素濃度センサ31が設けられている。この酸素濃度センサ31は、アノード22に送られるガス中の酸素の濃度を検出し、それを電気信号に変換してコントローラ30に出力する。なお、酸素濃度センサ31の代わりに、酸素を検出する酸素センサを設けてもよい。酸素センサは、アノード22に送られるガス中に酸素を検出した場合にコントローラ30に出力する信号をハイにし、アノード22に送られるガス中に酸素をしない場合にコントローラ30に出力する信号をローにするものである。
[Second Embodiment]
In the second embodiment, as shown in FIG. 5, the temperature sensor 24 is not provided in the anode 22, but the oxygen concentration sensor 31 is provided in the middle of the path from the selector 10 to the anode 22. The oxygen concentration sensor 31 detects the concentration of oxygen in the gas sent to the anode 22, converts it into an electrical signal, and outputs it to the controller 30. Instead of the oxygen concentration sensor 31, an oxygen sensor that detects oxygen may be provided. The oxygen sensor makes the signal output to the controller 30 high when oxygen is detected in the gas sent to the anode 22, and makes the signal output to the controller 30 low when oxygen is not contained in the gas sent to the anode 22. To do.

次に、図6を用いて、第2実施形態における燃料電池システム1の動作及びコントローラ30の制御動作について説明する。
まず、コントローラ30が選択器10を制御し、選択器10によってインレットポート44に最も近いアウトレットポート45が選択される(ステップS11)。そして、コントローラ30によってヒータ5,7,9に電力が供給され、気化器4、改質器6及び選択酸化反応器8がそれぞれの適温範囲に加熱される。次に、コントローラ30がポンプ3及びエアポンプ25,27を駆動すると、気化器4、改質器6、選択酸化反応器8及び燃料電池20が作動する。燃料電池20が発電している間、コントローラ30はヒータ5,7,9による検出温度に基づきヒータ5,7,9やポンプ3の出力を制御する。これにより気化器4、改質器6、選択酸化反応器8等が定常状態で動作する。
Next, the operation of the fuel cell system 1 and the control operation of the controller 30 in the second embodiment will be described with reference to FIG.
First, the controller 30 controls the selector 10, and the selector 10 selects the outlet port 45 closest to the inlet port 44 (step S11). Then, electric power is supplied to the heaters 5, 7 and 9 by the controller 30, and the vaporizer 4, the reformer 6 and the selective oxidation reactor 8 are heated to their appropriate temperature ranges. Next, when the controller 30 drives the pump 3 and the air pumps 25 and 27, the vaporizer 4, the reformer 6, the selective oxidation reactor 8, and the fuel cell 20 are activated. While the fuel cell 20 is generating power, the controller 30 controls the outputs of the heaters 5, 7, 9 and the pump 3 based on the temperatures detected by the heaters 5, 7, 9. Thereby, the vaporizer 4, the reformer 6, the selective oxidation reactor 8 and the like operate in a steady state.

また、気化器4、改質器6、選択酸化反応器8が定常状態で動作している際に、コントローラ30は酸素濃度センサ31による検出濃度を監視し、酸素濃度センサ31による検出濃度を所定の閾値と比較する(ステップS12)。
定常状態(正常状態)における選択酸化反応器8から排出された改質ガスに含まれている一酸化炭素の濃度範囲は、エアポンプ27で供給された空気中の酸素の量、燃料容器2から供給された燃料と水の混合液の量、改質器6での転化率(温度に依存)に基づく一酸化炭素の生成量等にしたがって予め設定されており、酸素濃度センサ31において検知された酸素の濃度が、一酸化炭素が長時間接しても燃料電池20の触媒が被毒されない程度の低濃度であれば上記閾値未満となる。
一方、何らかの理由、例えば選択酸化反応器8内での改質ガスの流れの速度が一時的に高くなることによって十分選択酸化が行われないために、長時間接することによって燃料電池20の触媒が被毒される程度の濃度の一酸化炭素が選択酸化反応器8から排出されれば、予め定常状態で十分消費する程度に設定していた酸素が消費されずに残ったことになり、このとき酸素濃度センサ31が検知される酸素の高い濃度が上記閾値以上となる。
In addition, when the vaporizer 4, the reformer 6, and the selective oxidation reactor 8 are operating in a steady state, the controller 30 monitors the detected concentration by the oxygen concentration sensor 31 and sets the detected concentration by the oxygen concentration sensor 31 to a predetermined value. (Step S12).
The concentration range of carbon monoxide contained in the reformed gas discharged from the selective oxidation reactor 8 in the steady state (normal state) is the amount of oxygen in the air supplied by the air pump 27, supplied from the fuel container 2. The oxygen concentration detected by the oxygen concentration sensor 31 is set in advance according to the amount of the mixed liquid of fuel and water, the amount of carbon monoxide produced based on the conversion rate (depending on temperature) in the reformer 6, etc. If the concentration is low enough to prevent the catalyst of the fuel cell 20 from being poisoned even if carbon monoxide is in contact with the carbon monoxide for a long time, the concentration becomes less than the above threshold.
On the other hand, since the selective oxidation is not sufficiently performed due to a temporary increase in the flow rate of the reformed gas in the selective oxidation reactor 8, for example, the catalyst of the fuel cell 20 is contacted for a long time. If carbon monoxide having a concentration of poisoning is discharged from the selective oxidation reactor 8, the oxygen that has been set to be sufficiently consumed in a steady state remains without being consumed. The high concentration of oxygen detected by the oxygen concentration sensor 31 is equal to or higher than the threshold value.

通常は、選択酸化反応器8が定常動作し、選択酸化反応器8からアノード22に送られるガス中の酸素の濃度が低いので、酸素濃度センサ31による検出濃度が所定の閾値に達することはない。酸素濃度センサ31による検出濃度が所定の閾値に達していなければ、コントローラ30が酸素濃度センサ31による検出濃度の監視を継続する(ステップS12:No)。   Normally, the selective oxidation reactor 8 operates steadily and the concentration of oxygen in the gas sent from the selective oxidation reactor 8 to the anode 22 is low, so that the concentration detected by the oxygen concentration sensor 31 does not reach a predetermined threshold value. . If the detected concentration by the oxygen concentration sensor 31 has not reached the predetermined threshold value, the controller 30 continues to monitor the detected concentration by the oxygen concentration sensor 31 (step S12: No).

一方、何かしらの原因により選択酸化反応器8において一酸化炭素が十分に酸化しないと、選択酸化反応器8からアノード22に送られるガス中の酸素の濃度が相対的に高くなる。そして、酸素濃度センサ31による検出濃度が所定の閾値に達したとコントローラ30が判断したら(ステップS12:Yes)、コントローラ30は選択器10によって現在選択されているアウトレットポートを確認する(ステップS13)。選択器10によって選択されているアウトレットポートがインレットポート44から最も遠いアウトレットポート49でないことをコントローラ30が確認したら(ステップS13:No)、コントローラ30が選択器10を制御し、現在選択中のアウトレットポートの次にインレットポート44から遠いアウトレットポートに切り替える(ステップS14)。そうすると、選択酸化反応器8の酸化能力が高くなるので、選択酸化反応器8からアノード22に送出されるガス中の酸素の濃度がより低くなる。そして、コントローラ30の処理はステップS12に戻り、コントローラ30が酸素濃度センサ31による検出濃度の監視を継続する。   On the other hand, if carbon monoxide is not sufficiently oxidized in the selective oxidation reactor 8 for some reason, the concentration of oxygen in the gas sent from the selective oxidation reactor 8 to the anode 22 becomes relatively high. When the controller 30 determines that the concentration detected by the oxygen concentration sensor 31 has reached a predetermined threshold (step S12: Yes), the controller 30 confirms the outlet port currently selected by the selector 10 (step S13). . When the controller 30 confirms that the outlet port selected by the selector 10 is not the outlet port 49 farthest from the inlet port 44 (step S13: No), the controller 30 controls the selector 10 to select the outlet currently selected. After the port, the outlet port is switched to the outlet port far from the inlet port 44 (step S14). As a result, the oxidation capability of the selective oxidation reactor 8 is increased, so that the concentration of oxygen in the gas sent from the selective oxidation reactor 8 to the anode 22 is further reduced. Then, the process of the controller 30 returns to step S12, and the controller 30 continues to monitor the detected concentration by the oxygen concentration sensor 31.

以上のように、酸素濃度センサ31による検出濃度が所定の閾値に達するごとに(酸素センサにあっては酸素センサにより酸素が検出されるごとに)、選択器10により選択されるアウトレットポートが次にインレットポート44から遠いものに切り替わる(ステップS12:Yes、ステップS13:No、ステップS14)。また酸素濃度センサ31による検出濃度が所定の閾値に達したときに、選択器10によって選択されているアウトレットポートがインレットポート44から最も遠くて改質ガスの通過する流路43の有効長さを最も長くするアウトレットポート49であることをコントローラ30が確認する(ステップS13:Yes)と、流路43の有効長さをそれ以上長くして選択酸化反応を促進させ酸素濃度をより低下できないためにコントローラ30がポンプ3及びエアポンプ26,27を停止するとともに、ヒータ5,7,9の電力供給を止める(ステップS15)。あわせて、コントローラ30が異常信号を出力する。   As described above, every time the concentration detected by the oxygen concentration sensor 31 reaches a predetermined threshold (in the oxygen sensor, every time oxygen is detected by the oxygen sensor), the outlet port selected by the selector 10 is the next. To the one far from the inlet port 44 (step S12: Yes, step S13: No, step S14). When the concentration detected by the oxygen concentration sensor 31 reaches a predetermined threshold value, the effective length of the flow path 43 through which the reformed gas passes the outlet port selected by the selector 10 is the farthest from the inlet port 44. When the controller 30 confirms that the outlet port 49 is the longest (step S13: Yes), the effective length of the flow path 43 is further increased to promote the selective oxidation reaction and the oxygen concentration cannot be further lowered. The controller 30 stops the pump 3 and the air pumps 26 and 27, and stops the power supply to the heaters 5, 7, and 9 (step S15). At the same time, the controller 30 outputs an abnormal signal.

本実施形態によれば、アノード22に送られるガス中の酸素の濃度が所定閾値に達するごとに、選択酸化反応器8における流路43の有効長さが長くなる。そのため、一酸化炭素を十分に除去しつつ、水性逆シフト反応による一酸化炭素の生成を抑えることができる。従って、選択酸化反応器8における一酸化炭素の除去を安定して行えられる。   According to the present embodiment, every time the concentration of oxygen in the gas sent to the anode 22 reaches a predetermined threshold, the effective length of the flow path 43 in the selective oxidation reactor 8 becomes longer. Therefore, it is possible to suppress the production of carbon monoxide due to the aqueous reverse shift reaction while sufficiently removing carbon monoxide. Therefore, removal of carbon monoxide in the selective oxidation reactor 8 can be performed stably.

〔第3の実施の形態〕
第3の実施形態においては、図7に示すように、アノード22に温度センサが設けられていないが、選択器10のアウトレットポート44〜49に温度センサ34〜39がそれぞれ設けられている。温度センサ34〜39はそれぞれアウトレットポート44〜49を通る生成物の温度を検出し、それを電気信号に変換してコントローラ30に出力する。
[Third Embodiment]
In the third embodiment, as shown in FIG. 7, no temperature sensor is provided on the anode 22, but temperature sensors 34 to 39 are provided on the outlet ports 44 to 49 of the selector 10, respectively. The temperature sensors 34 to 39 detect the temperatures of the products passing through the outlet ports 44 to 49, respectively, convert them into electrical signals, and output them to the controller 30.

次に、図8を用いて、燃料電池システム1の動作及びコントローラ30の制御動作について説明する。
まず、コントローラ30が選択器10を制御し、選択器10によってインレットポート44に最も近いアウトレットポート45が選択される(ステップS31)。そして、コントローラ30によってヒータ5,7,9に電力が供給され、気化器4、改質器6及び選択酸化反応器8がそれぞれの適温範囲に加熱される。次に、コントローラ30がポンプ3及びエアポンプ25,27を駆動すると、気化器4、改質器6、選択酸化反応器8及び燃料電池20が作動する。燃料電池20が発電している間、コントローラ30はヒータ5,7,9による検出温度に基づきヒータ5,7,9やポンプ3の出力を制御する。これにより気化器4、改質器6、選択酸化反応器8等が定常状態で動作する。
Next, the operation of the fuel cell system 1 and the control operation of the controller 30 will be described with reference to FIG.
First, the controller 30 controls the selector 10, and the selector 10 selects the outlet port 45 closest to the inlet port 44 (step S31). Then, electric power is supplied to the heaters 5, 7 and 9 by the controller 30, and the vaporizer 4, the reformer 6 and the selective oxidation reactor 8 are heated to their appropriate temperature ranges. Next, when the controller 30 drives the pump 3 and the air pumps 25 and 27, the vaporizer 4, the reformer 6, the selective oxidation reactor 8, and the fuel cell 20 are activated. While the fuel cell 20 is generating power, the controller 30 controls the outputs of the heaters 5, 7, 9 and the pump 3 based on the temperatures detected by the heaters 5, 7, 9. Thereby, the vaporizer 4, the reformer 6, the selective oxidation reactor 8 and the like operate in a steady state.

また、気化器4、改質器6、選択酸化反応器8が定常状態で動作している際に、コントローラ30はインレットポート44に設けられた温度センサ34による検出温度と、選択中のアウトレットポートに設けられた温度センサによる検出温度を監視し、これらの検出温度の差が正常範囲内にあるか否か判定する(ステップS32、ステップS33)。即ち、コントローラ30は、これらの検出温度の差を正常範囲を超える上閾値及び下閾値と比較する(ステップS32、S33)。   When the vaporizer 4, the reformer 6, and the selective oxidation reactor 8 are operating in a steady state, the controller 30 detects the temperature detected by the temperature sensor 34 provided in the inlet port 44 and the outlet port being selected. The temperature detected by the temperature sensor provided in is monitored, and it is determined whether or not the difference between these detected temperatures is within the normal range (step S32, step S33). That is, the controller 30 compares the difference between these detected temperatures with an upper threshold value and a lower threshold value exceeding the normal range (steps S32 and S33).

選択酸化反応器8において触媒に反応物が接触する時間が適切であると、一酸化炭素も十分に酸化されるあたりで選択酸化反応器8から改質ガスが排出されるので、選択酸化反応器8では水性逆シフト反応は問題がある程度に起こらない。このとき、発熱反応である選択酸化反応は比較的一酸化炭素が高濃度であるインレットポート44近傍で反応速度が高くなるため比較的高温となり、一酸化炭素の濃度の低い選択されたアウトレットポート近傍では、反応速度が低くなるため、比較的低温となる。したがって、このように定常状態(正常状態)におけるインレットポート44近傍の温度から、選択されたアウトレットポート近傍の温度を差し引いた正常範囲の温度範囲Aは正の値となる。
また選択酸化反応器8内の流路43において、何らかの理由、例えば選択酸化反応器8内での改質ガスの流れの速度が一時的に低くなることによって一酸化炭素が流路43内に滞留する時間が長くなると、流路43内の触媒に接触する確率が高く或いは触媒に接触する時間が長くなって、一酸化炭素が、選択されたアウトレットポート近傍に達するよりも十分手前で選択酸化されてしまう。このため、その後の流路43では、二酸化炭素の濃度が高くなり、改質ガス中の水素とともに水性逆シフト反応を引き起こしてしまい、改質ガス中の一酸化炭素の比率が再び高くなり、選択されたアウトレットポートから排出された改質ガス中の一酸化炭素の濃度が、長時間接することによって燃料電池20の触媒が被毒される程度の濃度に達してしまうことがある。このような場合、選択されたアウトレットポート近傍では、選択酸化反応の速度が十分低く且つ吸熱反応である水性逆シフト反応が進行するため冷却され相対的に低温になる。したがって、このときのインレットポート44近傍の温度から、選択されたアウトレットポート近傍の温度を差し引いた温度範囲Bは、上記温度範囲Aよりも高くなり、温度範囲Bの下限は上記上閾値となる。
そして選択酸化反応器8内の流路43において、何らかの理由、例えば選択酸化反応器8内での改質ガスの流れの速度が一時的に高くなることによって一酸化炭素が十分に酸化されず、このため長時間接することによって燃料電池20の触媒が被毒される程度の濃度の一酸化炭素が残存してしまうことが考慮される。この場合の選択酸化反応器8では、発熱反応である選択酸化反応が十分起きていないため、選択されたアウトレットポート近傍では、一酸化炭素の濃度が比較的高くなり、換言すれば定常状態よりも反応速度が高くなって相対的に高温となる。このときのインレットポート44近傍の温度から、選択されたアウトレットポート近傍の温度を差し引いた温度範囲Cは、上記温度範囲Aよりも低くなり、温度範囲Cの上限は上記下閾値となる。
つまり、定常状態では、インレットポート44近傍の温度と選択されたアウトレットポート近傍の温度差は正常温度範囲A内に収まり、温度センサ34による検出温度と選択されたアウトレットポートの温度センサによる検出温度の差が下閾値より大きく、上閾値未満となるので、コントローラ30が温度センサ34による検出温度と選択されたアウトレットポートの温度センサによる検出温度とを検知し、正常温度範囲A内であるかどうか監視を継続する(ステップS32、ステップS33)。
Since the reformed gas is discharged from the selective oxidation reactor 8 when carbon monoxide is sufficiently oxidized when the time for which the reactants contact the catalyst in the selective oxidation reactor 8 is appropriate, the selective oxidation reactor 8 In 8 the aqueous reverse shift reaction is not problematic to some extent. At this time, the selective oxidation reaction which is an exothermic reaction has a relatively high temperature in the vicinity of the inlet port 44 where the concentration of carbon monoxide is relatively high, so that the temperature becomes relatively high, and the vicinity of the selected outlet port where the concentration of carbon monoxide is low Then, since the reaction rate is low, the temperature is relatively low. Therefore, the temperature range A in the normal range obtained by subtracting the temperature in the vicinity of the selected outlet port from the temperature in the vicinity of the inlet port 44 in the steady state (normal state) as described above is a positive value.
Further, in the flow path 43 in the selective oxidation reactor 8, carbon monoxide stays in the flow path 43 due to some reason, for example, the velocity of the reformed gas flow in the selective oxidation reactor 8 temporarily decreases. If the time to perform is increased, the probability of contact with the catalyst in the flow path 43 is increased or the time for contact with the catalyst is increased, and the carbon monoxide is selectively oxidized before reaching the vicinity of the selected outlet port. End up. For this reason, in the subsequent flow path 43, the concentration of carbon dioxide is increased, causing an aqueous reverse shift reaction together with hydrogen in the reformed gas, and the ratio of carbon monoxide in the reformed gas is increased again. In some cases, the concentration of carbon monoxide in the reformed gas discharged from the outlet port thus formed may reach such a level that the catalyst of the fuel cell 20 is poisoned by contact with the reformed gas for a long time. In such a case, in the vicinity of the selected outlet port, the rate of the selective oxidation reaction is sufficiently low and the aqueous reverse shift reaction, which is an endothermic reaction, proceeds and is cooled to a relatively low temperature. Accordingly, the temperature range B obtained by subtracting the temperature near the selected outlet port from the temperature near the inlet port 44 at this time is higher than the temperature range A, and the lower limit of the temperature range B is the upper threshold value.
Then, in the flow path 43 in the selective oxidation reactor 8, for some reason, for example, the flow rate of the reformed gas in the selective oxidation reactor 8 is temporarily increased, so that the carbon monoxide is not sufficiently oxidized, For this reason, it is considered that carbon monoxide having such a concentration that the catalyst of the fuel cell 20 is poisoned by the contact for a long time remains. In the selective oxidation reactor 8 in this case, since the selective oxidation reaction which is an exothermic reaction does not sufficiently occur, the concentration of carbon monoxide is relatively high in the vicinity of the selected outlet port, in other words, compared with the steady state. The reaction rate increases and the temperature becomes relatively high. The temperature range C obtained by subtracting the temperature near the selected outlet port from the temperature near the inlet port 44 at this time is lower than the temperature range A, and the upper limit of the temperature range C is the lower threshold value.
That is, in the steady state, the temperature difference between the temperature near the inlet port 44 and the temperature near the selected outlet port is within the normal temperature range A, and the temperature detected by the temperature sensor 34 and the temperature detected by the temperature sensor at the selected outlet port are different. Since the difference is greater than the lower threshold and less than the upper threshold, the controller 30 detects the temperature detected by the temperature sensor 34 and the temperature detected by the temperature sensor of the selected outlet port, and monitors whether the temperature is within the normal temperature range A. (Step S32, step S33).

何かしらの原因により選択酸化反応器8において一酸化炭素が十分に反応する程度を越えると、選択酸化反応器8において触媒に反応物が接触する時間が長く、水性逆シフト反応によって、二酸化炭素と水素から、長時間接することによって燃料電池20の触媒が被毒される程度の濃度の一酸化炭素が生成する。そのため、インレットポート44近傍の温度と選択されたアウトレットポート近傍の温度の差は正常温度範囲Aの上限値を超える。そうすると、温度センサ34による検出温度と選択されたアウトレットポートの温度センサによる検出温度の差が上閾値以上に達する。コントローラ30がその旨を判断したら(ステップS32:Yes)、コントローラ30は選択器10によって現在選択されているアウトレットポートを確認する(ステップS34)。ステップS32でYesであると、選択器10によって選択されているアウトレットポートがインレットポート44に最も近いアウトレットポート45でないことをコントローラ30が確認したら(ステップS34:No)、コントローラ30が選択器10を制御し、水性逆シフト反応の生成を抑えるとともに十分な選択酸化反応が起こす程度となるような改質ガスが通過する流路43の有効長さを短くするため、現在選択中のアウトレットポートの次にインレットポート44に近いアウトレットポートに切り替える(ステップS35)。そうすると、選択酸化反応器8の酸化能力が低くなるので、水性逆シフト反応が起こりにくくなり温度が上がる。そして、コントローラ30の処理はステップS32に戻り、コントローラ30が温度センサ34による検出温度と選択されたアウトレットポートの温度センサによる検出温度との監視を継続する(ステップS32、ステップS33)。なお、ステップS32でNoであったら、次のステップS33に移行する。   If the carbon monoxide exceeds the degree of sufficient reaction in the selective oxidation reactor 8 for some reason, it takes a long time for the reactants to contact the catalyst in the selective oxidation reactor 8. Therefore, carbon monoxide having a concentration sufficient to poison the catalyst of the fuel cell 20 is generated by contact for a long time. Therefore, the difference between the temperature near the inlet port 44 and the temperature near the selected outlet port exceeds the upper limit value of the normal temperature range A. Then, the difference between the temperature detected by the temperature sensor 34 and the temperature detected by the temperature sensor at the selected outlet port reaches the upper threshold value or more. If the controller 30 judges that (step S32: Yes), the controller 30 will confirm the outlet port currently selected by the selector 10 (step S34). If the answer in step S32 is Yes, when the controller 30 confirms that the outlet port selected by the selector 10 is not the outlet port 45 closest to the inlet port 44 (step S34: No), the controller 30 turns the selector 10 on. In order to reduce the effective length of the flow path 43 through which the reformed gas passes so as to control and suppress the generation of the aqueous reverse shift reaction and to generate a sufficient selective oxidation reaction, it is next to the outlet port currently selected. To an outlet port close to the inlet port 44 (step S35). As a result, the oxidation ability of the selective oxidation reactor 8 is lowered, so that the aqueous reverse shift reaction hardly occurs and the temperature rises. Then, the process of the controller 30 returns to step S32, and the controller 30 continues to monitor the temperature detected by the temperature sensor 34 and the temperature detected by the temperature sensor of the selected outlet port (step S32, step S33). If No in step S32, the process proceeds to the next step S33.

一方、何かしらの原因により選択酸化反応器8において触媒に改質ガスが接触する時間が短くなり、選択酸化反応器8において一酸化炭素が十分に反応する程度を下回ると、一酸化炭素が十分に選択酸化反応されず、選択されたアウトレットポートから出るガスの一酸化炭素が十分低下できない。そのため、選択されたアウトレットポート近傍では選択酸化反応による発熱量が少ないので、インレットポート44近傍の温度と選択されたアウトレットポート近傍の温度の差は正常温度範囲Aの下限値未満、つまり下閾値以下になる。コントローラ30がその旨を判断したら(ステップS33:Yes)、コントローラ30は選択器10によって現在選択されているアウトレットポートを確認する(ステップS36)。選択器10によって選択されているアウトレットポートがインレットポート44から最も遠いアウトレットポート49でないことをコントローラ30が確認したら(ステップS36:No)、コントローラ30が選択器10を制御し、より選択酸化反応を引き起こすように改質ガスが通過する流路43の有効長さを長くするため、現在選択中のアウトレットポートの次にインレットポート44から遠いアウトレットポートに切り替える(ステップS37)。そうすると、選択酸化反応器8の酸化能力が高くなるので、一酸化炭素が十分に反応するようになる。そして、コントローラ30の処理はステップS32に戻り、コントローラ30が温度センサ34による検出温度と選択されたアウトレットポートの温度センサによる検出温度との監視を継続する(ステップS32、ステップS33)。   On the other hand, if the time for which the reformed gas contacts the catalyst in the selective oxidation reactor 8 is shortened due to some cause, and the carbon monoxide is less than enough to react in the selective oxidation reactor 8, the carbon monoxide is sufficiently obtained. The selective oxidation reaction is not performed, and the carbon monoxide emitted from the selected outlet port cannot be sufficiently reduced. For this reason, since the amount of heat generated by the selective oxidation reaction is small in the vicinity of the selected outlet port, the difference between the temperature in the vicinity of the inlet port 44 and the temperature in the vicinity of the selected outlet port is less than the lower limit value of the normal temperature range A, that is, below the lower threshold value. become. If the controller 30 judges that (step S33: Yes), the controller 30 will confirm the outlet port currently selected by the selector 10 (step S36). When the controller 30 confirms that the outlet port selected by the selector 10 is not the outlet port 49 farthest from the inlet port 44 (step S36: No), the controller 30 controls the selector 10 to perform more selective oxidation reaction. In order to increase the effective length of the flow path 43 through which the reformed gas passes, the outlet port is switched to the outlet port far from the inlet port 44 next to the currently selected outlet port (step S37). As a result, the oxidation ability of the selective oxidation reactor 8 increases, so that carbon monoxide reacts sufficiently. Then, the process of the controller 30 returns to step S32, and the controller 30 continues to monitor the temperature detected by the temperature sensor 34 and the temperature detected by the temperature sensor of the selected outlet port (step S32, step S33).

以上のように、温度センサ34による検出温度と選択されたアウトレットポートの温度センサによる検出温度の差が正常範囲外になるごとに、選択器10により選択されるアウトレットポートが切り替わる(ステップS32:Yes、ステップS34:No、ステップS35、ステップS33:Yes、ステップS36:No、ステップS37)。温度センサ34による検出温度と選択されたアウトレットポートの温度センサによる検出温度の差が上閾値以上に達すると、選択器10によって選択されているアウトレットポートがインレットポート44に最も近いアウトレットポート45であることをコントローラ30が確認し、選択器10により選択されているアウトレットポートが、改質ガスが通過する流路43の有効長さを最も短くするアウトレットポート45である(ステップS34:Yes)と、流路43の有効長さをそれ以上短くして水性逆シフト反応を抑制することができないためにコントローラ30がポンプ3及びエアポンプ26,27を停止するとともに、ヒータ5,7,9の電力供給を止める(ステップS38)。あわせて、コントローラ30が異常信号を出力する。   As described above, every time the difference between the temperature detected by the temperature sensor 34 and the temperature detected by the temperature sensor of the selected outlet port is outside the normal range, the outlet port selected by the selector 10 is switched (step S32: Yes). Step S34: No, Step S35, Step S33: Yes, Step S36: No, Step S37). When the difference between the temperature detected by the temperature sensor 34 and the temperature detected by the temperature sensor of the selected outlet port exceeds the upper threshold value, the outlet port selected by the selector 10 is the outlet port 45 closest to the inlet port 44. When the controller 30 confirms this and the outlet port selected by the selector 10 is the outlet port 45 that minimizes the effective length of the flow path 43 through which the reformed gas passes (step S34: Yes), The controller 30 stops the pump 3 and the air pumps 26 and 27 and supplies power to the heaters 5, 7, and 9 because the effective length of the flow path 43 cannot be further reduced to suppress the aqueous reverse shift reaction. Stop (step S38). At the same time, the controller 30 outputs an abnormal signal.

温度センサ34による検出温度と選択されたアウトレットポートの温度センサによる検出温度の差が下閾値以下に達すると、選択器10によって選択されているアウトレットポートがインレットポート44から最も遠いアウトレットポート49であることをコントローラ30が確認し、選択器10により選択されているアウトレットポートが、改質ガスの通過する流路43の有効長さを最も長くするアウトレットポート49である(ステップS36:Yes)と、流路43の有効長さをそれ以上長くして選択酸化反応を促進できないためにコントローラ30がポンプ3及びエアポンプ26,27を停止するとともに、ヒータ5,7,9の電力供給を止める(ステップS38)。あわせて、コントローラ30が異常信号を出力する。   When the difference between the temperature detected by the temperature sensor 34 and the temperature detected by the temperature sensor of the selected outlet port reaches a lower threshold value or less, the outlet port selected by the selector 10 is the outlet port 49 farthest from the inlet port 44. When the controller 30 confirms this and the outlet port selected by the selector 10 is the outlet port 49 that maximizes the effective length of the flow path 43 through which the reformed gas passes (step S36: Yes), The controller 30 stops the pump 3 and the air pumps 26 and 27 and stops the power supply to the heaters 5, 7, and 9 because the effective length of the flow path 43 is longer than that to promote the selective oxidation reaction (step S 38). ). At the same time, the controller 30 outputs an abnormal signal.

本実施形態によれば、インレットポート44の温度と選択中のアウトレットポートの温度の差に応じて、アウトレットポート45〜99のうち選択するポートが設定されるから、一酸化炭素を十分に除去しつつ、水性逆シフト反応による一酸化炭素の生成を抑えることができる。従って、選択酸化反応器8における一酸化炭素の除去を安定して行えられる。   According to this embodiment, since the port to be selected from the outlet ports 45 to 99 is set according to the difference between the temperature of the inlet port 44 and the temperature of the outlet port being selected, carbon monoxide is sufficiently removed. However, the production of carbon monoxide due to the aqueous reverse shift reaction can be suppressed. Therefore, removal of carbon monoxide in the selective oxidation reactor 8 can be performed stably.

〔第4の実施の形態〕
第4の実施形態においては、図9に示すように、アノード22に温度センサが設けられていないが、選択器10からアノード22までの経路の途中に一酸化炭素濃度センサ32が設けられている。この一酸化炭素濃度センサ32は、アノード22に送られるガス中の一酸化炭素濃度を検出し、それを電気信号に変換してコントローラ30に出力する。一酸化炭素濃度センサ32には、例えば、選択酸化反応器8と燃料電池20との間に、被毒しやすい低性能の燃料電池を設けて選択酸化反応器8が発生する改質ガス中の一酸化炭素濃度を検知するセンサとして用いることもできる。
[Fourth Embodiment]
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 9, the temperature sensor is not provided in the anode 22, but the carbon monoxide concentration sensor 32 is provided in the middle of the path from the selector 10 to the anode 22. . This carbon monoxide concentration sensor 32 detects the concentration of carbon monoxide in the gas sent to the anode 22, converts it into an electrical signal, and outputs it to the controller 30. In the carbon monoxide concentration sensor 32, for example, a low-performance fuel cell that is easily poisoned is provided between the selective oxidation reactor 8 and the fuel cell 20. It can also be used as a sensor for detecting the carbon monoxide concentration.

次に、図10を用いて、燃料電池システム1の動作及びコントローラ30の制御動作について説明する。
まず、コントローラ30が選択器10を制御し、選択器10によってインレットポート44に最も近いアウトレットポート45が選択される(ステップS41)。そして、コントローラ30によってヒータ5,7,9に電力が供給され、気化器4、改質器6及び選択酸化反応器8がそれぞれの適温範囲に加熱される。次に、コントローラ30がポンプ3及びエアポンプ25,27を駆動すると、気化器4、改質器6、選択酸化反応器8及び燃料電池20が作動する。燃料電池20が発電している間、コントローラ30はヒータ5,7,9による検出温度に基づきヒータ5,7,9やポンプ3の出力を制御する。これにより気化器4、改質器6、選択酸化反応器8等が定常状態で動作する。
Next, the operation of the fuel cell system 1 and the control operation of the controller 30 will be described with reference to FIG.
First, the controller 30 controls the selector 10, and the selector 10 selects the outlet port 45 closest to the inlet port 44 (step S41). Then, electric power is supplied to the heaters 5, 7 and 9 by the controller 30, and the vaporizer 4, the reformer 6 and the selective oxidation reactor 8 are heated to their appropriate temperature ranges. Next, when the controller 30 drives the pump 3 and the air pumps 25 and 27, the vaporizer 4, the reformer 6, the selective oxidation reactor 8, and the fuel cell 20 are activated. While the fuel cell 20 is generating power, the controller 30 controls the outputs of the heaters 5, 7, 9 and the pump 3 based on the temperatures detected by the heaters 5, 7, 9. Thereby, the vaporizer 4, the reformer 6, the selective oxidation reactor 8 and the like operate in a steady state.

また、気化器4、改質器6、選択酸化反応器8が定常状態で動作している際に、コントローラ30は一酸化炭素濃度センサ32による検出濃度を監視し、その検出濃度が許容値(所定の閾値)を超えたか否かを判定する(ステップS42)。   In addition, when the vaporizer 4, the reformer 6, and the selective oxidation reactor 8 are operating in a steady state, the controller 30 monitors the detected concentration by the carbon monoxide concentration sensor 32, and the detected concentration is an allowable value ( It is determined whether or not a predetermined threshold value has been exceeded (step S42).

選択酸化反応器8において触媒に反応物が接触する時間が適切であると、水性逆シフト反応が起こらず、一酸化炭素も十分に酸化される。そのため、選択酸化反応器8から排出されるガス中の一酸化炭素濃度が非常に低い。従って、一酸化炭素濃度センサ32による検出濃度が許容値以下となるので、コントローラ30が一酸化炭素濃度センサ32による検出濃度を引き続き監視する(ステップS42:No、ステップS42)。   If the time for which the reactants contact the catalyst in the selective oxidation reactor 8 is appropriate, the aqueous reverse shift reaction does not occur and the carbon monoxide is sufficiently oxidized. Therefore, the carbon monoxide concentration in the gas discharged from the selective oxidation reactor 8 is very low. Therefore, since the detected concentration by the carbon monoxide concentration sensor 32 is less than the allowable value, the controller 30 continues to monitor the detected concentration by the carbon monoxide concentration sensor 32 (step S42: No, step S42).

何かしらの原因により選択酸化反応器8に定常状態のバランスが崩れると、選択酸化反応器8からアノード22に送られるガス中の一酸化炭素濃度が許容値を超える。そうすると、一酸化炭素濃度センサ32による検出濃度が所定の許容値を超える。コントローラ30がその旨を判断したら(ステップS42:Yes)、一酸化炭素濃度センサ32による検出濃度が許容値以下となるまで(ステップS45:No、ステップS48:No)、コントローラ30は選択器10により選択されるアウトレットポートを順次切り替える(ステップS44、ステップS46)。   If the steady state balance is lost in the selective oxidation reactor 8 for some reason, the concentration of carbon monoxide in the gas sent from the selective oxidation reactor 8 to the anode 22 exceeds the allowable value. Then, the concentration detected by the carbon monoxide concentration sensor 32 exceeds a predetermined allowable value. If the controller 30 judges that (step S42: Yes), until the detected concentration by the carbon monoxide concentration sensor 32 is equal to or less than the allowable value (step S45: No, step S48: No), the controller 30 is controlled by the selector 10. The selected outlet ports are sequentially switched (step S44, step S46).

具体的には、一酸化炭素濃度センサ32による検出濃度が許容値を超えたら(ステップS42:Yes)、コントローラ30は選択器10によって現在選択されているアウトレットポートを確認する(ステップS43)。選択器10によって選択されているアウトレットポートがインレットポート44から最も遠いアウトレットポート49であることを確認したら(ステップS43:Yes)、選択酸化反応器8の流路が長すぎて水性逆シフト反応が著しく進み一酸化炭素の濃度が増大したとみなし、コントローラ30の処理がステップS46に移行し、選択器10によって選択されているアウトレットポートがインレットポート44から最も遠いアウトレットポート49でないことをコントローラ30が確認したら(ステップS43:No)、選択酸化反応器8の流路が短すぎて選択酸化反応が著しく進行せず一酸化炭素の濃度が減小しないとみなし、コントローラ30の処理がステップS44に移行する。ステップS44では、コントローラ30が選択器10を制御し、現在選択中のアウトレットポートの次にインレットポート44から遠いアウトレットポートに切り替える(ステップS44)。そして、一酸化炭素濃度センサ32による検出濃度が許容値を超えたままであったら(ステップS45:Yes)、コントローラ30の処理がステップS43に戻り、一酸化炭素濃度センサ32による検出濃度が許容値以下になったら(ステップS45:No)、コントローラ30の処理がステップS42に戻る。一方、ステップS46では、選択器10によって選択されているアウトレットポートがインレットポート44から最も遠いアウトレットポート49であることを確認したら(ステップS43:Yes)、コントローラ30が選択器10を制御し、現在選択中のアウトレットポートの次にインレットポート44から近いアウトレットポートに切り替える(ステップS46)。そして、一酸化炭素濃度センサ32による検出濃度が許容値を超えたままであったら(ステップS48:Yes)、コントローラ30の処理がステップS46に戻り、一酸化炭素濃度センサ32による検出濃度が許容値以下になったら(ステップS48:No)、コントローラ30の処理がステップS42に戻る。ステップS46〜S48が繰り返されている際に、選択器10によって選択されているアウトレットポートがインレットポート44に最も近いアウトレットポート45であることを確認した場合(ステップS47:Yes)、一酸化炭素濃度センサ32による検出濃度が許容値を超えていれば(ステップS49:Yes)、コントローラ30がポンプ3及びエアポンプ26,27を停止するとともに、ヒータ5,7,9の電力供給を止める(ステップS50)。あわせて、コントローラ30が異常信号を出力する。一酸化炭素濃度センサ32による検出濃度が許容値を超えていなければ(ステップS49:No)、選択酸化反応器8から排出された改質ガスに含まれている一酸化炭素が燃料電池20を被毒する恐れがなくなったと判断し、定常状態に戻ったとみなす程度の所定時間後にステップS42に戻る。
なお、図10では、改質ガスの流速が速すぎて最も流路43の長いルートになるアウトレットポート49に切り替えて排出してもなお、一酸化炭素の選択酸化が不十分で一酸化炭素の濃度が高すぎた場合(S42:Yes、S43:Yes)、一旦、現在選択中のアウトレットポート49の次にインレットポート44から近いアウトレットポート48に切り替える(ステップS46)が、順次インレットポート44から近いアウトレットポートに切替え(ステップS46、S47:No、S48:No)、最終的に最も流路43の短いルートになるアウトレットポート45に切り替えて、一酸化炭素濃度センサ32による検出濃度が許容値を超えていないことになるので(ステップS49:Yes)、結局、コントローラ30がポンプ3及びエアポンプ26,27を停止するとともに、ヒータ5,7,9の電力供給を止めることになる(ステップS50)ので、一酸化炭素によって燃料電池20の触媒が著しく被毒されることはない。
Specifically, when the concentration detected by the carbon monoxide concentration sensor 32 exceeds the allowable value (step S42: Yes), the controller 30 confirms the outlet port currently selected by the selector 10 (step S43). If it is confirmed that the outlet port selected by the selector 10 is the outlet port 49 farthest from the inlet port 44 (step S43: Yes), the flow path of the selective oxidation reactor 8 is too long and the aqueous reverse shift reaction is performed. Assuming that the carbon monoxide concentration has increased significantly, the process of the controller 30 proceeds to step S46, and the controller 30 determines that the outlet port selected by the selector 10 is not the outlet port 49 farthest from the inlet port 44. If confirmed (Step S43: No), the flow of the selective oxidation reactor 8 is too short, the selective oxidation reaction is considered not to proceed significantly, and the concentration of carbon monoxide does not decrease, and the processing of the controller 30 proceeds to Step S44. To do. In step S44, the controller 30 controls the selector 10 to switch to the outlet port far from the inlet port 44 next to the currently selected outlet port (step S44). If the detected concentration by the carbon monoxide concentration sensor 32 still exceeds the allowable value (step S45: Yes), the process of the controller 30 returns to step S43, and the detected concentration by the carbon monoxide concentration sensor 32 is less than the allowable value. (Step S45: No), the process of the controller 30 returns to Step S42. On the other hand, in step S46, when it is confirmed that the outlet port selected by the selector 10 is the outlet port 49 farthest from the inlet port 44 (step S43: Yes), the controller 30 controls the selector 10 to Next to the outlet port being selected, the outlet port 44 is switched to the nearest outlet port (step S46). If the detected concentration detected by the carbon monoxide concentration sensor 32 still exceeds the allowable value (step S48: Yes), the process of the controller 30 returns to step S46, and the detected concentration detected by the carbon monoxide concentration sensor 32 is less than the allowable value. (Step S48: No), the process of the controller 30 returns to Step S42. When steps S46 to S48 are repeated, when it is confirmed that the outlet port selected by the selector 10 is the outlet port 45 closest to the inlet port 44 (step S47: Yes), the carbon monoxide concentration If the concentration detected by the sensor 32 exceeds the allowable value (step S49: Yes), the controller 30 stops the pump 3 and the air pumps 26, 27 and stops the power supply to the heaters 5, 7, 9 (step S50). . At the same time, the controller 30 outputs an abnormal signal. If the detected concentration by the carbon monoxide concentration sensor 32 does not exceed the allowable value (step S49: No), the carbon monoxide contained in the reformed gas discharged from the selective oxidation reactor 8 covers the fuel cell 20. It is determined that there is no longer a risk of poisoning, and the process returns to step S42 after a predetermined time that is regarded as returning to the steady state.
In FIG. 10, even if the flow rate of the reformed gas is too high and the exhaust gas is switched to the outlet port 49 having the longest flow path 43 and discharged, the selective oxidation of carbon monoxide is still insufficient and the carbon monoxide If the concentration is too high (S42: Yes, S43: Yes), the outlet port 49 that is currently selected is switched from the inlet port 44 next to the outlet port 48 that is next (step S46), and the inlet port 44 is sequentially approached. Switching to the outlet port (steps S46, S47: No, S48: No), and finally switching to the outlet port 45 that becomes the shortest route of the flow path 43, and the concentration detected by the carbon monoxide concentration sensor 32 exceeds the allowable value. (Step S49: Yes), eventually, the controller 30 is connected to the pump 3 and Stops the Aponpu 27, it means to stop the power supply of the heater 5,7,9 (step S50), does not catalysts of the fuel cell 20 is significantly poisoned by carbon monoxide.

本実施形態によれば、アノード22に送られる一酸化炭素濃度に応じて、アウトレットポート45〜99のうち選択するポートが設定されるから、一酸化炭素を十分に除去しつつ、水性逆シフト反応による一酸化炭素の生成を抑えることができる。従って、選択酸化反応器8における一酸化炭素の除去を安定して行えられる。   According to the present embodiment, the port to be selected from the outlet ports 45 to 99 is set according to the concentration of carbon monoxide sent to the anode 22, so that the aqueous reverse shift reaction is performed while sufficiently removing carbon monoxide. The generation of carbon monoxide due to can be suppressed. Therefore, removal of carbon monoxide in the selective oxidation reactor 8 can be performed stably.

本発明の第1実施形態における燃料電池システムの構成を示したブロック図である。1 is a block diagram illustrating a configuration of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 選択酸化反応器の断面と選択器を示した概略図である。It is the schematic which showed the cross section of the selective oxidation reactor, and the selector. 選択酸化反応器を示した横断面図である。It is the cross-sectional view which showed the selective oxidation reactor. 第1実施形態におけるコントローラによる処理の流れを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the flow of the process by the controller in 1st Embodiment. 本発明の第2実施形態における燃料電池システムの構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure of the fuel cell system in 2nd Embodiment of this invention. 第2実施形態におけるコントローラによる処理の流れを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the flow of the process by the controller in 2nd Embodiment. 本発明の第3実施形態における燃料電池システムの構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure of the fuel cell system in 3rd Embodiment of this invention. 第3実施形態におけるコントローラによる処理の流れを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the flow of the process by the controller in 3rd Embodiment. 本発明の第4実施形態における燃料電池システムの構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure of the fuel cell system in 4th Embodiment of this invention. 第4実施形態におけるコントローラによる処理の流れを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the flow of the process by the controller in 4th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池システム
6 改質器
8 選択酸化反応器
10 選択器
20 燃料電池
21 電解質膜
22 アノード
23 カソード
24 温度センサ
30 コントローラ
31 酸素濃度センサ
32 一酸化炭素濃度センサ
34〜39 温度センサ
43 流路
44 インレットポート
45 アウトレットポート
50 触媒
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 6 Reformer 8 Selective oxidation reactor 10 Selector 20 Fuel cell 21 Electrolyte membrane 22 Anode 23 Cathode 24 Temperature sensor 30 Controller 31 Oxygen concentration sensor 32 Carbon monoxide concentration sensor 34-39 Temperature sensor 43 Channel 44 Inlet port 45 Outlet port 50 Catalyst

Claims (2)

燃料と水を水素に改質する改質器と、
前記改質器による生成物を取り込むインレットポートと、このインレットポートに通じた流路と、その流路に設けられた触媒と、前記インレットポートまでの距離の異なる位置で前記流路に通じる複数のアウトレットポートとを有する選択酸化反応器と、
アノード、カソード及びこれらの間に設けられた電解質膜を有する燃料電池と、
前記複数のアウトレットポートの何れかを選択して前記アノードに通じさせる選択器と、
前記選択器を制御するコントローラと、
前記アノードの温度を検出する温度検出器と、
を備え
前記コントローラが前記温度検出器による検出温度に基づき前記選択器を制御することを特徴とする燃料電池システム。
A reformer that reforms fuel and water into hydrogen;
An inlet port for taking in a product from the reformer, a flow path leading to the inlet port, a catalyst provided in the flow path, and a plurality of paths leading to the flow path at different positions to the inlet port A selective oxidation reactor having an outlet port;
A fuel cell having an anode, a cathode, and an electrolyte membrane provided therebetween;
A selector that selects any of the plurality of outlet ports and communicates with the anode;
A controller for controlling the selector;
A temperature detector for detecting the temperature of the anode;
With
Fuel cell system the controller is characterized that you control the selector based on the temperature detected by the temperature detector.
前記コントローラは、前記温度検出器による検出温度が所定の閾値に達するごとに、前記複数のアウトレットポートのうち選択するアウトレットポートを選択中のアウトレットポートの次に前記インレットポートから遠いアウトレットポートに切り替えることを前記選択器に行わせることを特徴とする請求項に記載の燃料電池システム。 The controller switches an outlet port to be selected from the plurality of outlet ports to an outlet port far from the inlet port next to the selected outlet port each time the temperature detected by the temperature detector reaches a predetermined threshold value. The fuel cell system according to claim 1 , wherein the selector is configured to perform the following.
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