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JP6897301B2 - Fuel cell system - Google Patents
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JP6897301B2 JP2017096407A JP2017096407A JP6897301B2 JP 6897301 B2 JP6897301 B2 JP 6897301B2 JP 2017096407 A JP2017096407 A JP 2017096407A JP 2017096407 A JP2017096407 A JP 2017096407A JP 6897301 B2 JP6897301 B2 JP 6897301B2
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Description

本発明は、水蒸気を用いて原料ガスを改質ガスに改質する改質部を備える燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system including a reforming unit that reforms a raw material gas into a reforming gas using steam.

従来、この種の燃料電池システムとしては、燃焼部と、気化部と、改質部と、水を溜めるタンクと、タンク内の水を気化部へ供給する供給通路と、供給通路において気化部の入口ポートの直前の水の水位を検出する水センサと、水搬送源としてのポンプと、ポンプを制御する制御部とを備えるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この燃料電池システムは、制御部は、燃焼部の着火前に、ポンプを逆回転させて供給通路内の水をタンクに戻し、供給通路内を空の状態としてから、ポンプを正回転させてタンク内の水を供給通路に供給し、水センサからの検知信号に基づいて供給通路における水の実際の水位を監視しながら供給通路における水の水位を気化部の入口ポートの直前の定位置に調整する。これにより、気化器への給水タイミングをより適切にして、改質水不足による改質部のコーキング(燃料の炭化現象)や、改質水過多による触媒の活性低下(性能低下)を抑制することができるとしている。 Conventionally, as this type of fuel cell system, a combustion part, a vaporization part, a reforming part, a tank for storing water, a supply passage for supplying water in the tank to the vaporization part, and a vaporization part in the supply passage A water sensor that detects the water level immediately before the inlet port, a pump as a water transport source, and a control unit that controls the pump have been proposed (see, for example, Patent Document 1). In this fuel cell system, the control unit rotates the pump in the reverse direction to return the water in the supply passage to the tank before the combustion unit ignites, empties the inside of the supply passage, and then rotates the pump in the forward direction to tank. The water inside is supplied to the supply passage, and the water level in the supply passage is adjusted to the fixed position immediately before the inlet port of the vaporizer while monitoring the actual water level in the supply passage based on the detection signal from the water sensor. To do. As a result, the timing of water supply to the vaporizer can be made more appropriate, and caulking of the reformed part (fuel carbonization phenomenon) due to insufficient reformed water and deterioration of catalyst activity (deterioration of performance) due to excessive reformed water can be suppressed. It is said that it can be done.

特開2012−133915号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-133915

このように特許文献1記載の燃料電池システムは、気化部への給水を適切なタイミングで行なうために、気化部の入口ポートの直前に水位センサが設けられている。しかし、水位センサは一般に高価であり、燃料電池システムのコスト増を招く。 As described above, in the fuel cell system described in Patent Document 1, a water level sensor is provided immediately before the inlet port of the vaporization unit in order to supply water to the vaporization unit at an appropriate timing. However, water level sensors are generally expensive and increase the cost of fuel cell systems.

本発明の燃料電池システムは、水位センサを用いることなく、気化部への給水をより適切なタイミングで行なえるようにすることを主目的とする。 The main object of the fuel cell system of the present invention is to enable water supply to the vaporization unit at a more appropriate timing without using a water level sensor.

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

本発明の燃料電池システムは、
水素を含む改質ガスと酸化剤ガスとに基づいて発電する燃料電池を備える燃料電池システムであって、
水蒸気を用いて原料ガスを前記改質ガスに改質して前記燃料電池に供給する改質部と、
水を気化して前記改質部に供給する気化部と、
水を蓄える水タンクと、
前記気化部と前記水タンクとに接続された水配管と、
前記水配管に設けられ、正逆両方向の液送が可能な定量型の水ポンプと、
燃焼熱により前記改質部および前記気化部を加熱する燃焼部と、
システム起動時に、前記水配管内の水が空の状態から該水配管内の水の水位が所定水位となるよう前記水ポンプを一定時間駆動する水位調整制御を行なってから前記気化部へ給水されるよう前記水ポンプを制御する制御装置と、
を備えることを要旨とする。
The fuel cell system of the present invention
A fuel cell system including a fuel cell that generates electricity based on a reformed gas containing hydrogen and an oxidant gas.
A reforming unit that reforms the raw material gas into the reforming gas using steam and supplies it to the fuel cell.
A vaporization unit that vaporizes water and supplies it to the reforming unit,
A water tank to store water and
A water pipe connected to the vaporization unit and the water tank,
A fixed-quantity water pump installed in the water pipe that can feed liquid in both forward and reverse directions,
A combustion part that heats the reforming part and the vaporizing part by the heat of combustion,
When the system is started, the water is supplied to the vaporization unit after performing water level adjustment control for driving the water pump for a certain period of time so that the water level in the water pipe becomes a predetermined water level from the state where the water in the water pipe is empty. A control device that controls the water pump and
The gist is to prepare.

この本発明の燃料電池システムは、改質部と、気化部と、水タンクと、気化部と水タンクとに接続された水配管と、水配管に設けられた定量型の水ポンプと、燃焼熱により改質部および気化部を加熱する燃焼部と、を備えるものである。そして、システム起動時に、水配管内の水が空の状態から水配管内の水の水位が所定水位となるよう水ポンプを一定時間駆動する水位調整制御を行なう。水ポンプは、定量型のポンプであるから、水配管内の水が空の状態から水ポンプを一定時間駆動することで、水配管の水位を一定の水位にすることができる。また、水ポンプは、正逆両方向の液送が可能であるから、水ポンプを逆方向に駆動することで、水配管内の水を空の状態とすることができる。この結果、水位センサを用いることなく、気化部への給水前に水配管の水位を所定水位とすることができ、気化部への給水をより適切なタイミングで行なうことが可能となる。 The fuel cell system of the present invention includes a reforming unit, a vaporizing unit, a water tank, a water pipe connected to the vaporizing unit and the water tank, a quantitative water pump provided in the water pipe, and combustion. It is provided with a combustion part that heats a reforming part and a vaporizing part by heat. Then, when the system is started, the water level adjustment control is performed to drive the water pump for a certain period of time so that the water level in the water pipe becomes a predetermined water level from the state where the water in the water pipe is empty. Since the water pump is a quantitative pump, the water level of the water pipe can be made constant by driving the water pump for a certain period of time from the state where the water in the water pipe is empty. Further, since the water pump can feed the liquid in both the forward and reverse directions, the water in the water pipe can be emptied by driving the water pump in the opposite direction. As a result, the water level of the water pipe can be set to a predetermined water level before the water is supplied to the vaporization unit without using the water level sensor, and the water supply to the vaporization unit can be performed at a more appropriate timing.

こうした本発明の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、システム停止後に、逆方向の液送により前記水配管内の水が空の状態となるよう前記水ポンプを制御するものとしてもよい。こうすれば、システム停止してから次回にシステム起動するまでの間、水配管内を空の状態とすることができるため、水配管の凍結のおそれがなく、凍結防止用ヒータを不要とすることができる。 In such a fuel cell system of the present invention, the control device may control the water pump so that the water in the water pipe is emptied by liquid feeding in the reverse direction after the system is stopped. In this way, the inside of the water pipe can be emptied between the time the system is stopped and the time the system is started next time, so there is no risk of the water pipe freezing and the anti-freezing heater is not required. Can be done.

また、本発明の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記水位調整制御を行なった後、前記水ポンプの駆動を停止させた状態で待機し、前記燃焼部の着火が開始されてから所定の待機時間が経過したタイミングで、前記水ポンプの駆動を開始して前記気化部への給水を開始するものとしてもよい。こうすれば、気化部への給水を適切なタイミングで行なうことができる。この態様の本発明の燃料電池システムにおいて、前記気化部または前記改質部の温度を検出する温度センサを備え、前記制御装置は、前記気化部への給水を開始した後に前記温度センサにより検出された温度に基づいて前記待機時間を変更するものとしてもよい。こうすれば、次回のシステム起動時において気化部への給水を更に適切なタイミングで行なうことが可能である。更にこの態様の本発明の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記検出された温度が適正範囲のときには前記待機時間を保持し、前記検出された温度が前記適正範囲よりも高いときには短くなるよう前記待機時間を変更し、前記検出された温度が前記適正範囲よりも低いときには長くなるよう前記待機時間を変更するものとしてもよい。この態様の本発明の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記検出された温度が異常範囲にあるときには、システムを停止させるものとしてもよい。こうすれば、燃料電池システムの異常にも対応することができる。 Further, in the fuel cell system of the present invention, the control device waits in a state where the drive of the water pump is stopped after performing the water level adjustment control, and is predetermined after the ignition of the combustion unit is started. At the timing when the standby time has elapsed, the driving of the water pump may be started to start supplying water to the vaporization unit. In this way, water can be supplied to the vaporization unit at an appropriate timing. In the fuel cell system of the present invention of this aspect, the temperature sensor for detecting the temperature of the vaporizing unit or the reforming unit is provided, and the control device is detected by the temperature sensor after starting water supply to the vaporizing unit. The waiting time may be changed based on the temperature. In this way, it is possible to supply water to the vaporization unit at a more appropriate timing when the system is started next time. Further, in the fuel cell system of the present invention of this aspect, the control device holds the standby time when the detected temperature is in an appropriate range, and shortens when the detected temperature is higher than the appropriate range. The waiting time may be changed so that when the detected temperature is lower than the appropriate range, the waiting time becomes longer. In the fuel cell system of the present invention of this aspect, the control device may stop the system when the detected temperature is in the abnormal range. In this way, it is possible to deal with an abnormality in the fuel cell system.

本実施形態の燃料電池システム10の構成の概略を示す構成図である。It is a block diagram which shows the outline of the structure of the fuel cell system 10 of this embodiment. システム制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of a system control routine. システム制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of a system control routine. システム起動時における改質器温度の変化の様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state of the change of the reformer temperature at the time of system startup. 待機時間更新用マップの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the waiting time update map.

本発明を実施するための形態について説明する。 A mode for carrying out the present invention will be described.

図1は本実施形態の燃料電池システム10の構成の概略を示す構成図である。本実施形態の燃料電池システム10は、図1に示すように、水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガス(エア)との供給を受けて発電する燃料電池スタック36を有する発電ユニット20と、発電ユニット20の発電に伴って発生する熱を回収して給湯する貯湯タンク101を有する給湯ユニット100と、システム全体を制御する制御装置80と、を備える。 FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of the configuration of the fuel cell system 10 of the present embodiment. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 10 of the present embodiment includes a power generation unit 20 having a fuel cell stack 36 that generates power by being supplied with a fuel gas containing hydrogen and an oxidizing agent gas (air) containing oxygen. The hot water supply unit 100 has a hot water storage tank 101 that recovers and supplies hot water generated by the power generation of the power generation unit 20, and a control device 80 that controls the entire system.

発電ユニット20は、改質水を蒸発させて水蒸気を生成すると共に原燃料ガス(例えば天然ガスやLPガス)を予熱する気化器32と、原燃料ガスと水蒸気とから水素を含む燃料ガス(改質ガス)を生成する改質器33と、燃料ガスとエアとにより発電する燃料電池スタック36とを含む発電モジュール30と、気化器32に原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給装置40と、燃料電池スタック36にエアを供給するエア供給装置50と、改質水タンク57内の改質水を気化器32に供給する改質水供給装置55と、発電モジュール30で発生した排熱を回収する排熱回収装置60と、を備える。これらは、上下に長い直方体状の筐体22に収容されている。 The power generation unit 20 includes a vaporizer 32 that evaporates reformed water to generate water vapor and preheats a raw material fuel gas (for example, natural gas or LP gas), and a fuel gas containing hydrogen from the raw material fuel gas and water vapor (modified). A power generation module 30 including a reformer 33 for generating (quality gas), a fuel cell stack 36 for generating power by fuel gas and air, a raw fuel gas supply device 40 for supplying raw fuel gas to the vaporizer 32, and a raw fuel gas supply device 40. The air supply device 50 that supplies air to the fuel cell stack 36, the reforming water supply device 55 that supplies the reforming water in the reforming water tank 57 to the vaporizer 32, and the exhaust heat generated by the power generation module 30 are recovered. The exhaust heat recovery device 60 is provided. These are housed in a rectangular parallelepiped housing 22 that is long vertically.

筐体22は、上下2室に区画されており、上段室には、発電モジュール30が配置され、下段室には、原燃料ガス供給装置40やエア供給装置50、改質水タンク57を含む改質水供給装置55、排熱回収装置60などが配置されている。また、筐体22には、吸気口22aと排気口22bとが設けられている。吸気口22a付近には外気を取り込んで筐体22の内部を換気するための換気ファン24が設けられ、排気口22b付近には、可燃ガスの漏れを検出するための可燃ガスセンサ95が設けられている。 The housing 22 is divided into two upper and lower chambers, a power generation module 30 is arranged in the upper chamber, and a raw fuel gas supply device 40, an air supply device 50, and a reforming water tank 57 are included in the lower chamber. A reformed water supply device 55, an exhaust heat recovery device 60, and the like are arranged. Further, the housing 22 is provided with an intake port 22a and an exhaust port 22b. A ventilation fan 24 for taking in outside air and ventilating the inside of the housing 22 is provided near the intake port 22a, and a combustible gas sensor 95 for detecting leakage of combustible gas is provided near the exhaust port 22b. There is.

改質器33は、セラミックなどの担体に改質触媒(例えば、RuまたはNi系の触媒)が担持されて構成され、気化器32から供給された原燃料ガスと水蒸気との混合ガスを水蒸気改質反応によって燃料ガス(改質ガス)に改質する。改質器33の内部には、改質器33の温度を検出するための温度センサ91が設けられている。 The reformer 33 is configured by supporting a reforming catalyst (for example, a Ru or Ni-based catalyst) on a carrier such as ceramic, and steam reforms a mixed gas of raw material fuel gas and steam supplied from the vaporizer 32. It reforms into fuel gas (reforming gas) by a quality reaction. Inside the reformer 33, a temperature sensor 91 for detecting the temperature of the reformer 33 is provided.

発電モジュール30を構成する気化器32、改質器33および燃料電池スタック36は、断熱性材料により形成された箱型のモジュールケース31内に収容されている。気化器32および改質器33は、燃料電池スタック36の上方に配置されている。モジュールケース31内には、燃料電池スタック36の起動や、気化器32における水蒸気の生成、改質器33における水蒸気改質反応に必要な熱を供給するための燃焼部34が設けられている。燃焼部34には燃料電池スタック36を通過した燃料オフガス(アノードオフガス)と酸化剤オフガス(カソードオフガス)とが供給され、これらの混合ガスを点火ヒータ35により点火して燃焼させることにより、燃料電池スタック36や気化器32、改質器33を加熱する。モジュールケース31には、燃焼部34の温度を検出するための温度センサ92が設けられている。燃料オフガスおよび酸化剤オフガスの燃焼により生成される燃焼排ガスは、燃焼触媒37を介して熱交換器62へ供給される。燃焼触媒37は、燃焼部34で燃え残った燃料ガスを触媒によって再燃焼させる酸化触媒であり、燃焼触媒37にはその温度を検出するための温度センサ93が設けられている。 The vaporizer 32, the reformer 33, and the fuel cell stack 36 constituting the power generation module 30 are housed in a box-shaped module case 31 formed of a heat insulating material. The vaporizer 32 and the reformer 33 are arranged above the fuel cell stack 36. The module case 31 is provided with a combustion unit 34 for starting the fuel cell stack 36, generating steam in the vaporizer 32, and supplying heat required for the steam reforming reaction in the reformer 33. Fuel off gas (anode off gas) and oxidant off gas (cathode off gas) that have passed through the fuel cell stack 36 are supplied to the combustion unit 34, and the mixed gas is ignited by the ignition heater 35 and burned to burn the fuel cell. The stack 36, the vaporizer 32, and the reformer 33 are heated. The module case 31 is provided with a temperature sensor 92 for detecting the temperature of the combustion unit 34. The combustion exhaust gas generated by the combustion of the fuel off gas and the oxidant off gas is supplied to the heat exchanger 62 via the combustion catalyst 37. The combustion catalyst 37 is an oxidation catalyst that reburns the fuel gas left unburned in the combustion unit 34 by a catalyst, and the combustion catalyst 37 is provided with a temperature sensor 93 for detecting the temperature.

原燃料ガス供給装置40は、ガス供給源1と気化器32とを接続する原燃料ガス供給管41を有する。原燃料ガス供給管41には、ガス供給源1側から順に、原燃料ガス供給弁(電磁弁)42,43、オリフィス44、原燃料ガスポンプ45、脱硫器46が設けられており、原燃料ガス供給弁42,43を開弁した状態で原燃料ガスポンプ45を駆動することにより、ガス供給源1からの原燃料ガスを脱硫器46を通過させて気化器32へ供給する。気化器32へ供給された原燃料ガスは、気化器32を経て改質器33へ供給され、燃料ガスへと改質される。原燃料ガス供給弁42,43は、直列に接続された2連弁である。脱硫器46は、原燃料ガスに含まれる硫黄分を除去するものであり、例えば、硫黄化合物をゼオライトなどの吸着剤に吸着させて除去する常温脱硫方式などを採用することができる。また、原燃料ガス供給管41の原燃料ガス供給弁43とオリフィス44との間には、当該原料ガス供給管41内の原燃料ガスの圧力を検出する圧力センサ47が設けられ、オリフィス44と原燃料ガスポンプ45との間には、原料ガス供給管41を流れる原燃料ガスの単位時間当たりの流量を検出する流量センサ48が設けられている。 The raw fuel gas supply device 40 has a raw fuel gas supply pipe 41 that connects the gas supply source 1 and the vaporizer 32. The raw fuel gas supply pipe 41 is provided with raw fuel gas supply valves (electromagnetic valves) 42, 43, orifices 44, raw fuel gas pump 45, and desulfurizer 46 in this order from the gas supply source 1 side. By driving the raw material fuel gas pump 45 with the supply valves 42 and 43 opened, the raw material fuel gas from the gas supply source 1 is passed through the desulfurizer 46 and supplied to the vaporizer 32. The raw material fuel gas supplied to the vaporizer 32 is supplied to the reformer 33 via the vaporizer 32 and reformed into the fuel gas. The raw material fuel gas supply valves 42 and 43 are dual valves connected in series. The desulfurization device 46 removes the sulfur content contained in the raw material fuel gas, and for example, a room temperature desulfurization method for removing the sulfur compound by adsorbing it on an adsorbent such as zeolite can be adopted. Further, a pressure sensor 47 for detecting the pressure of the raw material gas in the raw material gas supply pipe 41 is provided between the raw material gas supply valve 43 of the raw material gas supply pipe 41 and the orifice 44, and the orifice 44 and the orifice 44 are provided. A flow rate sensor 48 for detecting the flow rate of the raw material gas flowing through the raw material gas supply pipe 41 per unit time is provided between the raw material gas pump 45 and the raw material gas pump 45.

エア供給装置50は、外気と連通するフィルタ52と燃料電池スタック36とを接続するエア供給管51を有する。エア供給管51には、エアブロワ53が設けられており、エアブロワ53を駆動することにより、フィルタ52を介して吸入したエアを燃料電池スタック36へ供給する。また、エア供給管51には、エアブロワ53の下流側に、当該エア供給管51を流れるエアの単位時間当たりの流量を検出する流量センサ54が設けられている。 The air supply device 50 has an air supply pipe 51 that connects the filter 52 that communicates with the outside air and the fuel cell stack 36. The air supply pipe 51 is provided with an air blower 53, and by driving the air blower 53, air sucked through the filter 52 is supplied to the fuel cell stack 36. Further, the air supply pipe 51 is provided with a flow rate sensor 54 on the downstream side of the air blower 53 to detect the flow rate of air flowing through the air supply pipe 51 per unit time.

改質水供給装置55は、改質水を貯蔵する改質水タンク57と気化器32とを接続する改質水供給管56を有する。改質水供給管56は、筐体22の下段室に配置された改質水タンク57から上方に延びて筐体22の上段室に配置された気化器32に接続される。改質水供給管56には、改質水ポンプ58が設けられており、改質ポンプ58を駆動することにより、改質水タンク57の改質水を気化器32へ供給する。気化器32へ供給された改質水は、気化器32で水蒸気とされ、改質器33における水蒸気改質反応に利用される。また、改質水タンク57には、貯蔵される改質水を精製するための図示しない水精製器が設けられている。 The reformed water supply device 55 has a reformed water supply pipe 56 that connects the reformed water tank 57 for storing the reformed water and the vaporizer 32. The reforming water supply pipe 56 extends upward from the reforming water tank 57 arranged in the lower chamber of the housing 22 and is connected to the vaporizer 32 arranged in the upper chamber of the housing 22. The reforming water supply pipe 56 is provided with a reforming water pump 58, and by driving the reforming pump 58, the reformed water in the reforming water tank 57 is supplied to the vaporizer 32. The reformed water supplied to the vaporizer 32 is converted into steam by the vaporizer 32 and used for the steam reforming reaction in the reformer 33. Further, the reformed water tank 57 is provided with a water purifier (not shown) for purifying the reformed water to be stored.

改質水ポンプ58は、モータ駆動の定量ポンプとして構成されており、ポンプモータの回転方向を切り替えることで正逆両方向の液送が可能である。即ち、改質水ポンプ58は、ポンプモータを正回転方向に駆動することにより、改質水タンク57内の水を気化器32へ向けて送ることができ、ポンプモータを逆回転方向に駆動することにより、改質水供給管56内の水を改質水タンク57へ戻すことができる。改質水ポンプ58は、高いシール性を有し、改質水供給管56における改質水ポンプ58の上方且つ下流側(気化器32側)の水が改質水ポンプ58の下方且つ上流側(改質水タンク57側)へ漏れるのを抑制している。但し、燃料電池システム10の運転を停止した後、長時間が経過すると、改質水供給管56内の水が重力等の影響により微量ずつ改質水タンク57側に漏れ、改質水供給管56内の水の水位が下がることが確認された。 The reforming water pump 58 is configured as a motor-driven metering pump, and can supply liquid in both forward and reverse directions by switching the rotation direction of the pump motor. That is, the reforming water pump 58 can send the water in the reforming water tank 57 toward the vaporizer 32 by driving the pump motor in the forward rotation direction, and drives the pump motor in the reverse rotation direction. As a result, the water in the reforming water supply pipe 56 can be returned to the reforming water tank 57. The reforming water pump 58 has a high sealing property, and the water above and downstream of the reforming water pump 58 (on the vaporizer 32 side) in the reforming water supply pipe 56 is below and upstream of the reforming water pump 58. It suppresses leakage to (the reformed water tank 57 side). However, when a long time has passed after the operation of the fuel cell system 10 is stopped, the water in the reforming water supply pipe 56 leaks to the reforming water tank 57 side little by little due to the influence of gravity or the like, and the reforming water supply pipe It was confirmed that the water level in 56 was lowered.

排熱回収装置60は、発電モジュール30から燃焼排ガスが供給される熱交換器62と貯湯水を貯蔵する貯湯タンク101とを接続して貯湯水の循環路を形成する循環配管61を有する。循環配管61には、循環ポンプ63が設けられており、循環ポンプ63を駆動することにより、熱交換器62による貯湯水と燃焼排ガスとの熱交換により貯湯水を加温すると共に加温した貯湯水を貯湯タンク101へ貯湯する。熱交換器62は凝縮水供給管66を介して改質水タンク57に接続されると共に排気ガス排出管67を介して外気と接続されており、熱交換器62に供給された燃焼排ガスは、貯湯水との熱交換によって水蒸気成分が凝縮されて改質水タンク57に回収されると共に残りの排気ガスが排気ガス排出管67を介して外気へ排出されるようになっている。 The exhaust heat recovery device 60 has a circulation pipe 61 that connects a heat exchanger 62 to which combustion exhaust gas is supplied from the power generation module 30 and a hot water storage tank 101 for storing hot water to form a circulation path for hot water. A circulation pump 63 is provided in the circulation pipe 61. By driving the circulation pump 63, the hot water is heated by heat exchange between the hot water stored by the heat exchanger 62 and the combustion exhaust gas, and the heated hot water is stored. Water is stored in the hot water storage tank 101. The heat exchanger 62 is connected to the reforming water tank 57 via the condensed water supply pipe 66 and is connected to the outside air via the exhaust gas discharge pipe 67, and the combustion exhaust gas supplied to the heat exchanger 62 is By heat exchange with the hot water, the water vapor component is condensed and collected in the reformed water tank 57, and the remaining exhaust gas is discharged to the outside air through the exhaust gas discharge pipe 67.

燃料電池スタック36は、酸素イオン伝導体からなる固体電解質と、固体電解質の一方の面に設けられたアノードと、固体電解質の他方の面に設けられたカソードとを備える固体酸化物燃料電池セルが積層されたものとして構成されており、アノードに供給される燃料ガス中の水素とカソードに供給されるエア中の酸素とによる電気化学反応によって発電する。燃料電池スタック36の出力端子にはDC/DCコンバータとインバータとを含むパワーコンディショナ71を介して商用電源2から負荷4への電力ライン3が接続されており、燃料電池スタック36からの直流電力は、パワーコンディショナ71による電圧変換および直流/交流変換を経て商用電源2からの交流電力に付加されて負荷4に供給される。パワーコンディショナ71から分岐した電力ラインには電源基板72が接続されている。電源基板72は、原燃料ガス供給弁42,43や原燃料ガスポンプ45、エアブロワ53、改質水ポンプ58、循環ポンプ63などの補機類に直流電力を供給する直流電源として機能する。 The fuel cell stack 36 includes a solid oxide fuel cell having a solid electrolyte composed of an oxygen ion conductor, an anode provided on one surface of the solid electrolyte, and a cathode provided on the other surface of the solid electrolyte. It is configured as a laminated structure, and generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen in the fuel gas supplied to the anode and oxygen in the air supplied to the cathode. A power line 3 from the commercial power source 2 to the load 4 is connected to the output terminal of the fuel cell stack 36 via a power conditioner 71 including a DC / DC converter and an inverter, and DC power from the fuel cell stack 36. Is added to the AC power from the commercial power source 2 through voltage conversion and DC / AC conversion by the power conditioner 71, and is supplied to the load 4. A power supply board 72 is connected to a power line branched from the power conditioner 71. The power supply board 72 functions as a DC power source that supplies DC power to auxiliary machinery such as the raw material fuel gas supply valves 42 and 43, the raw material fuel gas pump 45, the air blower 53, the reformed water pump 58, and the circulation pump 63.

制御装置80は、CPU81を中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、CPU81の他に処理プログラムを記憶するROM82と、データを一時的に記憶するRAM83と、書き換え可能な不揮発性メモリとしてのフラッシュメモリ84と、計時を行なうタイマ85と、図示しない入出力ポートと、を備える。制御装置80には、圧力センサ47や流量センサ48,54、温度センサ91〜93、可燃ガスセンサ95などからの各種検出信号が入力ポートを介して入力されている。また、制御装置80からは、換気ファン24のファンモータへの駆動信号や原燃料ガス供給弁42,43のソレノイドへの駆動信号、原燃料ガスポンプ45のポンプモータへの駆動信号、エアブロワ53のブロワモータへの駆動信号、改質水ポンプ58のポンプモータへの駆動信号、循環ポンプ63のポンプモータへの駆動信号、パワーコンディショナ71のインバータやDC/DCコンバータへの制御信号、点火ヒータ35への駆動信号、各種情報を表示する表示パネル90への表示信号などが出力ポートを介して出力されている。 The control device 80 is configured as a microprocessor centered on the CPU 81, and in addition to the CPU 81, a ROM 82 for storing a processing program, a RAM 83 for temporarily storing data, and a flash memory as a rewritable non-volatile memory. It includes 84, a timer 85 for measuring time, and an input / output port (not shown). Various detection signals from the pressure sensor 47, the flow rate sensors 48, 54, the temperature sensors 91 to 93, the combustible gas sensor 95, and the like are input to the control device 80 via the input port. Further, from the control device 80, a drive signal to the fan motor of the ventilation fan 24, a drive signal to the solenoids of the raw fuel gas supply valves 42 and 43, a drive signal to the pump motor of the raw fuel gas pump 45, and a blower motor of the air blower 53. Drive signal to the pump motor of the reforming water pump 58, drive signal to the pump motor of the circulation pump 63, control signal to the inverter and DC / DC converter of the power conditioner 71, to the ignition heater 35. A drive signal, a display signal to the display panel 90 displaying various information, and the like are output via the output port.

次に、こうして構成された燃料電池システム10の動作、特に、システム起動時の動作について説明する。図2および図3は、制御装置80のCPU81により実行されるシステム制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、システムの起動が許可されたときに実行される。 Next, the operation of the fuel cell system 10 thus configured, particularly the operation at the time of system startup will be described. 2 and 3 are flowcharts showing an example of a system control routine executed by the CPU 81 of the control device 80. This routine runs when the system is allowed to boot.

システム制御ルーチンが実行されると、制御装置80のCPU81は、システムの起動処理を開始する(S100)。起動処理は、例えば、対応する補機類を順次制御し、起動準備として初期動作、脱硫器46に燃料成分を吸着させて混合ガスの空燃比ずれを抑制する燃料吸着処理、燃焼部34のパージ処理、燃焼部34におけるオフガスの着火処理、水蒸気改質処理などを順次実行することにより行なう。なお、これらの起動処理は、一例であり、燃料電池システム10の構成や補機類の状態等によっては、燃料吸着処理等を省略することもできる。 When the system control routine is executed, the CPU 81 of the control device 80 starts the system startup process (S100). In the start-up process, for example, the corresponding auxiliary machinery is sequentially controlled, the initial operation is performed as a start-up preparation, the fuel adsorption process for adsorbing the fuel component to the desulfurizer 46 to suppress the air-fuel ratio deviation of the mixed gas, and the purging of the combustion unit 34 This is performed by sequentially executing the treatment, the off-gas ignition treatment in the combustion unit 34, the steam reforming treatment, and the like. Note that these start-up processes are examples, and the fuel adsorption process and the like may be omitted depending on the configuration of the fuel cell system 10 and the state of auxiliary machinery.

CPU81は、起動処理を開始すると、初期動作の一つとして、ポンプモータを予め定めた所定回転速度で回転させて改質水ポンプ58の駆動を開始する(S110)。なお、改質水ポンプ58の駆動は、ポンプモータを所定回転速度で回転させるために予め定めたデューティ比でポンプモータを制御することにより行なわれる。そして、一定時間が経過すると(S120)、改質水ポンプ58の駆動を停止する(S130)。S110〜S130の処理は、改質水供給管56内の水の水位を所定水位(例えば、気化器32の入口直前の水位)に調整するための水位調整処理であり、改質水供給管56内の水が空の状態で実行される。上述したように、改質水ポンプ58は、定量型のポンプであり、ポンプモータを一定回転速度で一定時間駆動すると、常に同量の水を送ることができる。したがって、改質水供給管56内の水が空の状態から改質水供給管56内の水の水位が上記所定水位まで到達するのに必要なポンプモータの回転速度(デューティ比)および駆動時間を予め実験などによって求めておくことで、求めた回転速度(デューティ比)および駆動時間でポンプモータを駆動することにより、改質水供給管56内の水の水位を所定水位に調整することができる。これにより、高価な水位センサを省略することができるため、燃料電池システム10のコスト低減を図ることができる。 When the start-up process is started, the CPU 81 starts driving the reforming water pump 58 by rotating the pump motor at a predetermined rotation speed as one of the initial operations (S110). The reforming water pump 58 is driven by controlling the pump motor at a predetermined duty ratio in order to rotate the pump motor at a predetermined rotation speed. Then, when a certain time elapses (S120), the driving of the reforming water pump 58 is stopped (S130). The treatments of S110 to S130 are water level adjusting treatments for adjusting the water level in the reforming water supply pipe 56 to a predetermined water level (for example, the water level immediately before the inlet of the vaporizer 32), and the reforming water supply pipe 56 It is executed with the water inside empty. As described above, the reforming water pump 58 is a quantitative pump, and when the pump motor is driven at a constant rotation speed for a certain period of time, the same amount of water can always be sent. Therefore, the rotation speed (duty ratio) and drive time of the pump motor required for the water level in the reforming water supply pipe 56 to reach the predetermined water level from the empty state of the water in the reforming water supply pipe 56. By driving the pump motor at the obtained rotation speed (duty ratio) and driving time, the water level in the reforming water supply pipe 56 can be adjusted to a predetermined water level. it can. As a result, the expensive water level sensor can be omitted, so that the cost of the fuel cell system 10 can be reduced.

CPU81は、初期動作や燃料吸着処理、パージ処理を実行すると、次に、オフガスを発電モジュール30内に充満させ点火ヒータ35を駆動してオフガスの着火処理を開始する(S140)。そして、着火処理を開始してから所定の待機時間twが経過するのを待って(S150)、改質水ポンプ58の駆動を開始して気化器32への改質水の供給を開始する(S160)。ここで、待機時間twは、改質水の供給タイミングを定めたものである。待機時間twは、フラッシュメモリ84に記憶され、後述するS240により更新可能とされる。 When the CPU 81 executes the initial operation, the fuel adsorption process, and the purge process, the CPU 81 then fills the power generation module 30 with the off-gas and drives the ignition heater 35 to start the off-gas ignition process (S140). Then, after the predetermined standby time tw has elapsed from the start of the ignition process (S150), the reforming water pump 58 is started to be driven to start supplying the reforming water to the vaporizer 32 (S). S160). Here, the standby time tw defines the supply timing of the reformed water. The standby time tw is stored in the flash memory 84 and can be updated by S240 described later.

次に、CPU81は、温度センサ91からの改質器温度を入力して(S170)、改質器温度がピークに達した否かを判定する(S180)。そして、改質器温度がピークに達したと判定すると、そのピーク値を判定温度Tpに設定する(S190)。図4は、システム起動時における改質器温度の変化の様子を示す説明図である。図示するように、改質器温度は、オフガスが着火されると、オフガス燃焼による発電モジュール30の内部温度上昇に伴う改質器33の加熱により上昇し、改質器33に改質水が導入されるとその蒸発により熱が奪われて下降する。そして、吸熱反応である水蒸気改質反応が開始されると、水蒸気改質反応と改質水の蒸発とオフガス燃焼による改質器33の加熱の各要素が釣り合い、安定状態に至る。改質器温度はオフガスが着火されて改質器33に改質水が導入される直前にピークに達し、そのときの改質器温度が判定温度Tpに設定される。なお、S180の判定は、例えば、所定時間毎にその間に温度センサ91により検出された改質器温度の平均値を算出し、前回に算出した改質器温度の平均値が前々回に算出した改質器温度の平均値よりも高く且つ今回に算出した改質器温度の平均値が前回に算出した改質器温度の平均値よりも低い場合に、改質器温度がピークに達したと判定することにより行なうことができる。 Next, the CPU 81 inputs the reformer temperature from the temperature sensor 91 (S170), and determines whether or not the reformer temperature has reached a peak (S180). Then, when it is determined that the reformer temperature has reached the peak, the peak value is set to the determination temperature Tp (S190). FIG. 4 is an explanatory diagram showing a state of change in the reformer temperature when the system is started. As shown in the figure, when the off-gas is ignited, the reformer temperature rises due to the heating of the reformer 33 due to the rise in the internal temperature of the power generation module 30 due to the off-gas combustion, and the reformer water is introduced into the reformer 33. When it is done, the heat is taken away by the evaporation and it descends. Then, when the steam reforming reaction, which is an endothermic reaction, is started, each element of the steam reforming reaction, the evaporation of the reformed water, and the heating of the reformer 33 by off-gas combustion is balanced, and a stable state is reached. The reformer temperature reaches a peak just before the off-gas is ignited and the reforming water is introduced into the reformer 33, and the reformer temperature at that time is set to the determination temperature Tp. In the determination of S180, for example, the average value of the reformer temperature detected by the temperature sensor 91 during a predetermined time is calculated, and the average value of the reformer temperature calculated last time is calculated two times before. When the average value of the reformer temperature calculated this time is higher than the average value of the pawnbroker temperature and lower than the average value of the reformer temperature calculated last time, it is determined that the reformer temperature has reached the peak. It can be done by doing.

CPU81は、判定温度Tpを設定すると、判定温度Tpが改質器高温異常範囲と改質器低温異常範囲とを含む異常範囲内にあるか否かを判定する(S200)。ここで、改質器高温異常範囲は、改質器33への改質水の供給タイミングが遅すぎ、改質水不足により改質器33が異常高温となって改質器33にコーキング(燃料の炭化現象)が生じるおそれのある温度範囲である。また、改質器低温異常範囲は、改質器33への改質水の供給タイミングが速すぎ、改質水過多により改質触媒が活性低下(性能低下)するおそれがある温度範囲である。判定温度Tpが異常範囲内にある(改質器高温異常範囲と改質器低温異常範囲のいずれかの範囲内にある)と判定すると、燃料電池システム10を異常停止すると共に(S210)、表示パネル90に異常が発生した旨の警告表示を行なって(S220)、システム制御ルーチンを終了する。一方、判定温度Tpが異常範囲内にない(改質器高温異常範囲と改質器低温異常範囲のいずれの範囲内にもない)と判定すると、次に、判定温度Tpが適正範囲内にあるか否かを判定する(S230)。ここで、適正範囲は、改質器33への改質水の供給タイミングが適正で、改質水に過不足がなく、改質触媒の反応が良好に行なわれる温度範囲である。判定温度Tpが異常範囲内にないが適正範囲内にもないと判定すると、判定温度Tpと待機時間更新用マップとに基づいて待機時間twを更新してフラッシュメモリ84に保存し(S240)、判定温度Tpが適正範囲内にあると判定すると、S240の処理をスキップする。図5は、待機時間更新用マップの一例を示す説明図である。待機時間更新用マップは、図示するように、判定温度Tpが適正範囲の上限値よりも高いときには高いほど短くなるように待機時間twを更新し、判定温度Tpが適正範囲の下限値よりも低いときには低いほど長くなるように待機時間twを更新するよう判定温度Tpと待機時間twとの関係が定められている。なお、待機時間更新用マップでは、判定温度Tpの適正範囲内は、待機時間twが変更されない不感帯となっている。 When the determination temperature Tp is set, the CPU 81 determines whether or not the determination temperature Tp is within the abnormality range including the reformer high temperature abnormality range and the reformer low temperature abnormality range (S200). Here, in the reformer high temperature abnormal range, the timing of supplying the reformed water to the reformer 33 is too late, and the reformer 33 becomes abnormally high temperature due to the shortage of the reformed water, and the reformer 33 is caulked (fuel). It is a temperature range in which a carbonization phenomenon) may occur. Further, the reformer low temperature abnormal range is a temperature range in which the reformer is supplied to the reformer 33 at an excessively early timing, and the reforming catalyst may deteriorate in activity (performance deteriorate) due to excessive reforming water. When it is determined that the determination temperature Tp is within the abnormal range (in either the reformer high temperature abnormal range or the reformer low temperature abnormal range), the fuel cell system 10 is abnormally stopped (S210) and displayed. A warning message indicating that an abnormality has occurred is displayed on the panel 90 (S220), and the system control routine is terminated. On the other hand, if it is determined that the determination temperature Tp is not within the abnormal range (not within either the reformer high temperature abnormal range or the reformer low temperature abnormal range), then the determination temperature Tp is within the appropriate range. Whether or not it is determined (S230). Here, the appropriate range is a temperature range in which the timing of supplying the reforming water to the reformer 33 is appropriate, there is no excess or deficiency in the reforming water, and the reaction of the reforming catalyst is satisfactorily performed. When it is determined that the determination temperature Tp is not within the abnormal range but not within the appropriate range, the standby time tw is updated based on the determination temperature Tp and the standby time update map and saved in the flash memory 84 (S240). If it is determined that the determination temperature Tp is within the appropriate range, the processing of S240 is skipped. FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a waiting time update map. As shown in the figure, the standby time update map updates the standby time tw so that the higher the determination temperature Tp is higher than the upper limit of the appropriate range, the shorter the standby time tw is, and the determination temperature Tp is lower than the lower limit of the appropriate range. Occasionally, the relationship between the determination temperature Tp and the standby time tw is determined so that the lower the value, the longer the standby time tw. In the map for updating the standby time, the standby time tw is not changed within the appropriate range of the determination temperature Tp, which is a dead zone.

そして、CPU81は、水蒸気改質処理を実行すると、発電処理を開始する(S250)。発電処理は、システム要求量(負荷4の負荷指令)を入力し、入力したシステム要求量に応じて原燃料ガス供給装置40とエア供給装置50と改質水供給装置55とを制御することにより行なわれる。具体的には、原燃料ガス供給装置40の制御は、入力したシステム要求量に基づいて原燃料ガス供給装置40が供給すべき目標流量を設定し、設定した目標流量と流量センサ48により検出される流量との偏差に基づくフィードバック制御によりデューティ比を設定し、設定したデューティ比に基づいて原燃料ガスポンプ45のポンプモータを制御することにより行なわれる。エア供給装置50の制御は、原燃料ガスの目標流量に対し所定の比(空燃比)となるようにエア供給装置50が供給すべき目標流量を設定し、設定した目標流量と流量センサ54により検出される流量との偏差に基づくフィードバック制御によりデューティ比を設定し、設定したデューティ比に基づいてエアブロワ53のブロワモータを制御することにより行なわれる。改質水供給装置55の制御は、入力したシステム要求量に基づいて改質水供給装置55が供給すべき目標水量を設定し、設定した目標水量となるようデューティ比を設定し、設定したデューティ比に基づいて改質水ポンプ58のポンプモータを制御することにより行なわれる。 Then, when the steam reforming process is executed, the CPU 81 starts the power generation process (S250). The power generation process is performed by inputting a system requirement (load command of load 4) and controlling the raw fuel gas supply device 40, the air supply device 50, and the reforming water supply device 55 according to the input system requirement. It is done. Specifically, the control of the raw material fuel gas supply device 40 sets the target flow rate to be supplied by the raw material fuel gas supply device 40 based on the input system requirement, and is detected by the set target flow rate and the flow rate sensor 48. The duty ratio is set by feedback control based on the deviation from the flow rate, and the pump motor of the raw fuel gas pump 45 is controlled based on the set duty ratio. The control of the air supply device 50 sets a target flow rate to be supplied by the air supply device 50 so as to have a predetermined ratio (air-fuel ratio) with respect to the target flow rate of the raw material fuel gas, and the set target flow rate and the flow rate sensor 54 control the air supply device 50. The duty ratio is set by feedback control based on the deviation from the detected flow rate, and the blower motor of the air blower 53 is controlled based on the set duty ratio. The control of the reforming water supply device 55 sets the target water amount to be supplied by the reforming water supply device 55 based on the input system requirement amount, sets the duty ratio so as to reach the set target water amount, and sets the duty. This is done by controlling the pump motor of the reforming water pump 58 based on the ratio.

CPU81は、発電処理を実行中に、システム停止が要求されると(S260)、システムを停止すると共に(S270)、システムの停止に伴って改質水ポンプ58を停止する(S280)。そして、改質水供給管56内の水が改質水タンク57側へ戻るよう改質水ポンプ58(ポンプモータ)を逆回転方向に駆動し(S290)、改質水供給管56内の水が空の状態となるのに必要な一定時間が経過すると(S300)、改質水ポンプ58を停止して(S310)、システム制御ルーチンを終了する。このように、システム停止に伴って改質水供給管56内の水を空の状態にしておくことで、次回のシステム起動において、改質水供給管56内の水が空の状態で水位調整処理を実行することができる。この場合、システム停止してから次回にシステム起動するまでの間、改質水供給管56が凍結するおそれがなく、凍結防止用ヒータを不要とすることができる。 When the system stop is requested (S260) during the power generation process, the CPU 81 stops the system (S270) and stops the reforming water pump 58 when the system is stopped (S280). Then, the reforming water pump 58 (pump motor) is driven in the reverse rotation direction so that the water in the reforming water supply pipe 56 returns to the reforming water tank 57 side (S290), and the water in the reforming water supply pipe 56 is driven. When a certain period of time required for the empty state has elapsed (S300), the reforming water pump 58 is stopped (S310), and the system control routine is terminated. In this way, by leaving the water in the reforming water supply pipe 56 empty when the system is stopped, the water level is adjusted in the state where the water in the reforming water supply pipe 56 is empty at the next system startup. The process can be executed. In this case, there is no possibility that the reforming water supply pipe 56 freezes between the time the system is stopped and the time the system is started next time, and the antifreezing heater can be eliminated.

以上説明した実施形態の燃料電池システム10は、システム起動時に、改質水供給管56の水が空の状態から改質水ポンプ58を一定時間駆動する水位調整制御を行なう。改質水ポンプ58は、定量型のポンプであるから、改質水供給管56内の水が空の状態から改質水ポンプ58を一定時間駆動することで、水位センサを用いることなく、改質水供給管56内の水の水位を所定水位に調整することができる。また、改質水ポンプ58は、正逆両方向の液送が可能であるから、改質水ポンプ58を逆方向に駆動することで、改質水供給管56内の水を空の状態とすることができる。この結果、水位センサを用いることなく、気化器32への給水をより適切なタイミングで行なうことが可能となる。 The fuel cell system 10 of the embodiment described above performs water level adjustment control for driving the reforming water pump 58 for a certain period of time from a state where the water in the reforming water supply pipe 56 is empty when the system is started. Since the reforming water pump 58 is a quantitative pump, the reforming water pump 58 can be driven for a certain period of time from an empty state in the reforming water supply pipe 56 without using a water level sensor. The water level in the quality water supply pipe 56 can be adjusted to a predetermined water level. Further, since the reforming water pump 58 can feed liquid in both forward and reverse directions, the water in the reforming water supply pipe 56 is emptied by driving the reforming water pump 58 in the opposite direction. be able to. As a result, it becomes possible to supply water to the vaporizer 32 at a more appropriate timing without using the water level sensor.

実施形態の燃料電池システム10は、システム停止後に、改質水ポンプ58を逆回転駆動して改質水供給管56内の水を空の状態とする。これにより、次回のシステム起動において、改質水供給管56内の水が空の状態で水位調整処理を実行することができる。また、システム停止してから次回にシステム起動するまでの間、改質水供給管56が凍結するおそれがなく、凍結防止用ヒータを不要とすることができる。 After the system is stopped, the fuel cell system 10 of the embodiment reversely drives the reforming water pump 58 to empty the water in the reforming water supply pipe 56. As a result, at the next system startup, the water level adjustment process can be executed while the water in the reforming water supply pipe 56 is empty. Further, there is no possibility that the reforming water supply pipe 56 freezes between the time when the system is stopped and the time when the system is started next time, and the antifreezing heater can be eliminated.

実施形態の燃料電池システム10は、水位調整制御を行なった後、改質水ポンプ58の駆動を停止させた状態で待機し、燃焼部34の着火が開始されてから待機時間twが経過したときに、改質水ポンプ58の駆動を開始して気化器32(改質器33)への給水を開始する。また、改質器33に温度センサ91を設け、気化器32への給水を開始した後に温度センサ91により検出された改質器温度に基づく判定温度Tpにより待機時間twを変更する。これにより、次回のシステム起動時において改質水の供給タイミングを適正なタイミングにより近づけることができる。さらに、判定温度Tpが異常範囲内(改質器高温異常範囲と改質器低温異常範囲のいずれかの範囲内)にあるときには、燃料電池システム10を異常停止するから、異常の発生にも迅速に対応することができる。 The fuel cell system 10 of the embodiment waits in a state where the driving of the reforming water pump 58 is stopped after performing the water level adjustment control, and when the standby time tw elapses after the ignition of the combustion unit 34 is started. In addition, the reforming water pump 58 is started to be driven to start supplying water to the vaporizer 32 (reformer 33). Further, the reformer 33 is provided with the temperature sensor 91, and after starting the supply of water to the vaporizer 32, the standby time tw is changed by the determination temperature Tp based on the reformer temperature detected by the temperature sensor 91. As a result, the supply timing of the reforming water can be brought closer to an appropriate timing at the next system startup. Further, when the determination temperature Tp is within the abnormal range (within either the reformer high temperature abnormal range or the reformer low temperature abnormal range), the fuel cell system 10 is abnormally stopped, so that the occurrence of an abnormality is quick. Can be dealt with.

実施形態では、システム停止後に改質水ポンプ58を逆回転駆動して改質水供給管56内を空の状態にしておくものとしたが、これに限定されるものではなく、システム起動時に水位調整処理の実行に先だって、改質水ポンプ58を逆回転駆動して改質水供給管56内を空の状態にするものとしてもよい。 In the embodiment, the reforming water pump 58 is driven in the reverse rotation to leave the inside of the reforming water supply pipe 56 empty after the system is stopped, but the present invention is not limited to this, and the water level at the time of system startup is not limited to this. Prior to the execution of the adjustment process, the reforming water pump 58 may be driven in a reverse rotation to empty the inside of the reforming water supply pipe 56.

実施形態では、待機温度更新用マップとして、判定温度Tpに待機時間twを変更させない不感帯を設けるものとしたが、不感帯を設けないものとしてもよい。 In the embodiment, the standby temperature update map is provided with a dead zone in which the standby time tw is not changed in the determination temperature Tp, but the dead zone may not be provided.

実施形態では、待機時間twを更新するものとしたが、待機時間twとして予め定めた一定の時間を用いるものとし、待機時間twを更新しないものとしてもよい。 In the embodiment, the waiting time tw is updated, but a predetermined fixed time may be used as the waiting time tw, and the waiting time tw may not be updated.

実施形態では、改質器33の内部に温度センサ91を設け、温度センサ91により検出される改質器温度に基づいて待機時間twを更新するものとしたが、気化器32の内部に温度センサを設け、当該温度センサにより検出される気化器温度に基づいて待機時間twを更新するものとしてもよい。この場合についても、改質器温度を気化器温度に置き換えて、システム制御ルーチンのS170〜S240の処理を実行するものとすればよい。 In the embodiment, the temperature sensor 91 is provided inside the reformer 33, and the standby time tw is updated based on the reformer temperature detected by the temperature sensor 91. However, the temperature sensor is inside the vaporizer 32. The standby time tw may be updated based on the vaporizer temperature detected by the temperature sensor. Also in this case, the reformer temperature may be replaced with the vaporizer temperature, and the processes of S170 to S240 of the system control routine may be executed.

実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施形態では、改質器33が改質部に相当し、気化器32が気化部に相当し、改質水タンク58が水タンクに相当し、改質水供給管56が水配管に相当し、改質水ポンプ58が水ポンプに相当し、燃焼部34が燃焼部に相当し、制御装置80が制御装置に相当する。また、温度センサ91が温度センサに相当する。 The correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problem will be described. In the embodiment, the reformer 33 corresponds to the reformer, the vaporizer 32 corresponds to the vaporizer, the reformer water tank 58 corresponds to the water tank, and the reformer water supply pipe 56 corresponds to the water pipe. The reforming water pump 58 corresponds to the water pump, the combustion unit 34 corresponds to the combustion unit, and the control device 80 corresponds to the control device. Further, the temperature sensor 91 corresponds to the temperature sensor.

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

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

本発明は、燃料電池システムの製造産業などに利用可能である。 The present invention can be used in the manufacturing industry of fuel cell systems and the like.

1 ガス供給源、2 商用電源、3 電力ライン、4 負荷、10 燃料電池システム、20 発電ユニット、22 筐体、22a 吸気口、22b 排気口、24 換気ファン、30 発電モジュール、31 モジュールケース、32 気化器、33 改質器、34 燃焼部、35 点火ヒータ、36 燃料電池スタック、37 燃焼触媒、40 原燃料ガス供給装置、41 原燃料ガス供給管、42,43 原燃料ガス供給弁、44 オリフィス、45 原燃料ガスポンプ、46 脱硫器、47 圧力センサ、48 流量センサ、50 エア供給装置、51 エア供給管、52 フィルタ、53 エアブロワ、54 流量センサ、55 改質水供給装置、56 改質水供給管、57 改質水タンク、58 改質水ポンプ、60 排熱回収装置、61 循環配管、62 熱交換器、63 循環ポンプ、66 凝縮水供給管、67 排気ガス排出管、71 パワーコンディショナ、72 電源基板、80 制御装置、81 CPU、82 ROM、83 RAM、84 フラッシュメモリ、85 タイマ、90 表示パネル、91〜93 温度センサ、95 可燃ガスセンサ、100 給湯ユニット、101 貯湯タンク。 1 gas supply source, 2 commercial power supply, 3 power line, 4 load, 10 fuel cell system, 20 power generation unit, 22 housing, 22a intake port, 22b exhaust port, 24 ventilation fan, 30 power generation module, 31 module case, 32 Vaporizer, 33 reformer, 34 combustion part, 35 ignition heater, 36 fuel cell stack, 37 combustion catalyst, 40 raw fuel gas supply device, 41 raw fuel gas supply pipe, 42, 43 raw fuel gas supply valve, 44 orifice , 45 Raw fuel gas pump, 46 desulfurizer, 47 pressure sensor, 48 flow sensor, 50 air supply device, 51 air supply pipe, 52 filter, 53 air blower, 54 flow sensor, 55 reformed water supply device, 56 reformed water supply Pipe, 57 reformed water tank, 58 reformed water pump, 60 exhaust heat recovery device, 61 circulation pipe, 62 heat exchanger, 63 circulation pump, 66 condensed water supply pipe, 67 exhaust gas discharge pipe, 71 power conditioner, 72 power supply board, 80 control device, 81 CPU, 82 ROM, 83 RAM, 84 flash memory, 85 timer, 90 display panel, 91-93 temperature sensor, 95 flammable gas sensor, 100 hot water supply unit, 101 hot water storage tank.

Claims (4)

水素を含む改質ガスと酸化剤ガスとに基づいて発電する燃料電池を備える燃料電池システムであって、
水蒸気を用いて原料ガスを前記改質ガスに改質して前記燃料電池に供給する改質部と、
水を気化して前記改質部に供給する気化部と、
水を蓄える水タンクと、
前記気化部と前記水タンクとに接続された水配管と、
前記水配管に設けられ、正逆両方向の液送が可能な定量型の水ポンプと、
燃焼熱により前記改質部および前記気化部を加熱する燃焼部と、
システム起動時に、前記水配管内の水が空の状態から該水配管内の水の水位が所定水位となるよう前記水ポンプを一定時間駆動する水位調整制御を行なってから前記気化部へ給水されるよう前記水ポンプを制御する制御装置と、
前記気化部または前記改質部の温度を検出する温度センサと、
を備え
前記制御装置は、前記水位調整制御を行なった後、前記水ポンプの駆動を停止させた状態で待機し、前記燃焼部の着火が開始されてから所定の待機時間が経過したタイミングで、前記水ポンプの駆動を開始して前記気化部への給水を開始するものであり、前記気化部への給水を開始した後に前記温度センサにより検出された温度に基づいて前記待機時間を変更する、
燃料電池システム。
A fuel cell system including a fuel cell that generates electricity based on a reformed gas containing hydrogen and an oxidant gas.
A reforming unit that reforms the raw material gas into the reforming gas using steam and supplies it to the fuel cell.
A vaporization unit that vaporizes water and supplies it to the reforming unit,
A water tank to store water and
A water pipe connected to the vaporization unit and the water tank,
A fixed-quantity water pump installed in the water pipe that can feed liquid in both forward and reverse directions,
A combustion part that heats the reforming part and the vaporizing part by the heat of combustion,
When the system is started, the water is supplied to the vaporization unit after performing water level adjustment control for driving the water pump for a certain period of time so that the water level in the water pipe becomes a predetermined water level from the state where the water in the water pipe is empty. A control device that controls the water pump and
A temperature sensor that detects the temperature of the vaporized part or the modified part, and
Equipped with a,
After performing the water level adjustment control, the control device waits in a state where the drive of the water pump is stopped, and the water is at a timing when a predetermined standby time elapses after the ignition of the combustion unit is started. The operation of the pump is started to start the water supply to the vaporization unit, and the standby time is changed based on the temperature detected by the temperature sensor after the water supply to the vaporization unit is started.
Fuel cell system.
請求項記載の燃料電池システムであって、
前記制御装置は、前記検出された温度が適正範囲のときには前記待機時間を保持し、前記検出された温度が前記適正範囲よりも高いときには短くなるよう前記待機時間を変更し、前記検出された温度が前記適正範囲よりも低いときには長くなるよう前記待機時間を変更する、
燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1.
The control device maintains the standby time when the detected temperature is in the appropriate range, and changes the standby time so that the detected temperature becomes shorter when the detected temperature is higher than the appropriate range, and the detected temperature. The waiting time is changed so that when is lower than the appropriate range, it becomes longer.
Fuel cell system.
請求項記載の燃料電池システムであって、
前記制御装置は、前記検出された温度が異常範囲にあるときには、システムを停止させる、
燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 2.
The control device shuts down the system when the detected temperature is in the abnormal range.
Fuel cell system.
請求項1ないし3いずれか1項に記載の燃料電池システムであって、
前記制御装置は、システム停止後に、逆方向の液送により前記水配管内の水が空の状態となるよう前記水ポンプを制御する、
燃料電池システム。
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3.
After the system is stopped, the control device controls the water pump so that the water in the water pipe is emptied by liquid feeding in the reverse direction.
Fuel cell system.
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