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JP6917744B2 - How to operate the fuel cell system - Google Patents
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JP6917744B2 - How to operate the fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、原燃料を改質して水素を主成分とするガスを生成する燃料改質装置と、前記燃料改質装置で生成された水素を主成分とするガスを用いて発電を行うセルを有する燃料電池装置とを備え、前記燃料改質装置は、原燃料を改質して水素を主成分とし一酸化炭素を含む改質ガスを生成する改質部と、前記改質ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に変成する一酸化炭素変成触媒を有する変成部と、前記変成部から排出される変成処理済ガス中に残留している一酸化炭素を酸化により選択的に除去する一酸化炭素除去部とを有する燃料電池システムの運転方法に関する。 The present invention is a fuel reforming apparatus that reforms raw fuel to generate a gas containing hydrogen as a main component, and a cell that generates power using a gas containing hydrogen as a main component generated by the fuel reforming apparatus. The fuel cell apparatus is provided with a reforming unit for reforming raw fuel to generate a reforming gas containing hydrogen as a main component and carbon monoxide, and the reforming gas. A metamorphic part having a carbon monoxide metamorphic catalyst that transforms carbon monoxide into carbon monoxide and carbon monoxide remaining in the modified gas discharged from the metamorphic part are selectively removed by oxidation. The present invention relates to an operation method of a fuel cell system having a carbon oxide removing unit.

従来では、一酸化炭素除去部が、前記変成処理済ガス中に残留している一酸化炭素を選択酸化触媒との共存下で酸素で選択的に酸化することにより二酸化炭素に変換して、一酸化炭素を除去するようにしたものがあった(例えば、特許文献1参照)。そして、一酸化炭素除去部に供給される酸素供給量は一定に維持される構成となっていた。 Conventionally, the carbon monoxide remover converts carbon monoxide remaining in the modified gas into carbon dioxide by selectively oxidizing it with oxygen in the coexistence with a selective oxidation catalyst. Some were designed to remove carbon oxide (see, for example, Patent Document 1). The amount of oxygen supplied to the carbon monoxide removing section was maintained constant.

特許第4162422号公報Japanese Patent No. 4162422

上記したような一酸化炭素除去部においては、変成処理済ガス中に残留している一酸化炭素を酸化するために、酸素(空気)の供給が必要であるが、酸素を過剰に供給すると、処理効率の低下を招くだけでなく、一酸化炭素の酸化に伴う発熱により温度が上昇し、水素と二酸化炭素とによるメタン化反応が連鎖的に進行して熱暴走を起すおそれもあるから、酸素の供給は適量にする必要がある。 In the carbon monoxide removing section as described above, oxygen (air) needs to be supplied in order to oxidize the carbon monoxide remaining in the modified gas, but if oxygen is excessively supplied, Not only does it reduce processing efficiency, but it also raises the temperature due to the heat generated by the oxidation of carbon monoxide, and the methanation reaction between hydrogen and carbon dioxide may proceed in a chained manner, causing thermal runaway. The supply of carbon dioxide needs to be appropriate.

又、上記したような一酸化炭素に対する選択酸化触媒は、経年変化により劣化して酸化処理能力が低下するとともに、触媒容器の熱変形による触媒の破壊(粉化)等によっても、一酸化炭素の酸化処理能力が低下するおそれがある。 In addition, the selective oxidation catalyst for carbon monoxide as described above deteriorates due to aging and the oxidation treatment capacity decreases, and the catalyst is destroyed (powdered) due to thermal deformation of the catalyst container. Oxidation processing capacity may decrease.

ところで、変成処理済ガス中に含まれる一酸化炭素の含有量を計測して、その計測に基づいて酸素供給量を調整する構成も考えられるが、微量な濃度の一酸化炭素を検出することが可能な高精度で且つ高価な一酸化炭素濃度センサが必要となる。 By the way, it is conceivable to measure the content of carbon monoxide contained in the modified gas and adjust the oxygen supply amount based on the measurement, but it is possible to detect a minute amount of carbon monoxide. A possible high-precision and expensive carbon monoxide concentration sensor is required.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高精度の一酸化炭素濃度センサ等を別途備えて構成を複雑化させることなく、良好に一酸化炭素の酸化処理を行うことが可能な燃料電池システムの運転方法を提供する点にある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a high-precision carbon monoxide concentration sensor or the like separately and to satisfactorily oxidize carbon monoxide without complicating the configuration. The point is to provide a method of operating a fuel cell system that can be performed.

上記目的を達成するための本発明に係る燃料電池システムの運転方法の特徴構成は、原燃料を改質して水素を主成分とするガスを生成する燃料改質装置と、前記燃料改質装置で生成された水素を主成分とするガスを用いて発電を行うセルを有する燃料電池装置とを備え、
前記燃料改質装置は、原燃料を改質して水素を主成分とし一酸化炭素を含む改質ガスを生成する改質部と、前記改質ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に変成する一酸化炭素変成触媒を有する変成部と、前記変成部から排出される変成処理済ガス中に残留している一酸化炭素を酸化により選択的に除去する一酸化炭素除去部とを有する燃料電池システムの運転方法であって、
前記一酸化炭素除去部の運転条件を変化させる前後での前記セルの出力電圧を比較する電圧比較工程を、前記燃料電池装置の出力電力が一定である間として、前記燃料電池装置の出力電力が最大出力である間に行い、
前記電圧比較工程の結果に基づいて、前記一酸化炭素除去部での一酸化炭素の酸化が相対的に促進される第1運転条件での前記セルの出力電圧が、前記一酸化炭素除去部での一酸化炭素の酸化が相対的に促進されない第2運転条件での前記セルの出力電圧から設定範囲内にあると判定すると、前記第2運転条件を以後の前記一酸化炭素除去部の運転条件として決定する運転条件決定工程を行う点にある。
The characteristic configuration of the operation method of the fuel cell system according to the present invention for achieving the above object is a fuel reforming device that reforms raw fuel to generate a gas containing hydrogen as a main component, and the fuel reforming device. It is equipped with a fuel cell device having a cell that generates power using a gas containing hydrogen as a main component generated in
The fuel reformer reforms a raw material fuel to generate a reformed gas containing hydrogen as a main component and contains carbon monoxide, and transforms carbon monoxide contained in the reformed gas into carbon dioxide. A fuel cell having a metamorphic part having a carbon monoxide reforming catalyst and a carbon monoxide removing part for selectively removing carbon monoxide remaining in the reformed gas discharged from the reformed part by oxidation. How to operate the system
The voltage comparison step of comparing the output voltage of the cell before and after changing the operating condition of the carbon monoxide removing unit is performed while the output power of the fuel cell device is constant, and the output power of the fuel cell device is increased. Do it while it is at maximum output
Based on the result of the voltage comparison step, the output voltage of the cell under the first operating condition in which the oxidation of carbon monoxide in the carbon monoxide removing section is relatively promoted is set in the carbon monoxide removing section. When it is determined from the output voltage of the cell under the second operating condition that the oxidation of carbon monoxide is not relatively promoted, the second operating condition is changed to the subsequent operating condition of the carbon monoxide removing unit. The point is to perform the operation condition determination process.

上記特徴構成によれば、電圧比較工程では、一酸化炭素除去部の運転条件を変化させ、運転条件を変化させる前におけるセルの出力電圧と、変化させた後におけるセルの出力電圧とを比較する。運転条件としては、例えば、一酸化炭素除去部に対する酸素供給量や一酸化炭素除去部の温度等がある。 According to the above characteristic configuration, in the voltage comparison step, the operating conditions of the carbon monoxide removing portion are changed, and the output voltage of the cell before the operating conditions are changed is compared with the output voltage of the cell after the change. .. The operating conditions include, for example, the amount of oxygen supplied to the carbon monoxide removing part and the temperature of the carbon monoxide removing part.

そして、一酸化炭素除去部の運転条件が変化した場合に、燃料電池装置におけるセルの発電電圧が変化するときは、その運転条件が適正ではなく、発電電圧をより高めることが可能な余地があることが想定される。一方、一酸化炭素除去部の運転条件が変化しても、セルの出力電圧が変動しなければ、その運転条件は適正であることが想定される。 Then, when the operating conditions of the carbon monoxide removing unit change and the generated voltage of the cell in the fuel cell device changes, the operating conditions are not appropriate and there is room for further increasing the generated voltage. Is expected. On the other hand, even if the operating conditions of the carbon monoxide removing unit change, if the output voltage of the cell does not fluctuate, it is assumed that the operating conditions are appropriate.

そこで、運転条件決定工程では、一酸化炭素除去部の運転条件が第1運転条件から第2運転条件に変化したときに、第1運転条件でのセルの出力電圧が第2運転条件でのセルの出力電圧から設定範囲内にあると判定した場合には、その後は第2運転条件にて一酸化炭素除去部を運転するように運転条件を設定する。この場合、第1運転条件として、例えば、最大酸化能力を有するような条件を設定していれば、第2運転条件は、適切な酸化処理を行える運転条件のうち最大能力に近い性能を発揮する状態となる等、適正な運転条件にすることが可能となる。 Therefore, in the operating condition determination step, when the operating condition of the carbon monoxide removing unit changes from the first operating condition to the second operating condition, the output voltage of the cell under the first operating condition becomes the cell under the second operating condition. If it is determined from the output voltage of the above that it is within the set range, then the operating conditions are set so that the carbon monoxide removing unit is operated under the second operating condition. In this case, if, for example, a condition having the maximum oxidizing capacity is set as the first operating condition, the second operating condition exhibits a performance close to the maximum capacity among the operating conditions capable of performing an appropriate oxidation treatment. It is possible to set appropriate operating conditions such as being in a state.

従って、一酸化炭素除去部の運転状況によって変動するセルの出力電圧の変化に基づいて、そのときの一酸化炭素除去部の運転状況が適正であるか否かを判別することで、高精度の一酸化炭素濃度センサ等を別途備えて構成を複雑化させることなく、良好に一酸化炭素の酸化処理を行うことが可能な燃料電池システムの運転方法を提供できるに至った。
また、燃料電池装置が最大出力であれば、セルの発電電圧も高い値になる。その結果、一酸化炭素除去部の運転条件が変化した場合に、セルの発電電圧の変動も大きくなり、電圧比較工程において、運転条件の変化に対するセルの発電電圧の差を比較し易いものになる。
Therefore, based on the change in the output voltage of the cell that fluctuates depending on the operating condition of the carbon monoxide removing unit, it is possible to determine whether or not the operating condition of the carbon monoxide removing unit at that time is appropriate, thereby achieving high accuracy. It has become possible to provide an operation method of a fuel cell system capable of satisfactorily oxidizing carbon monoxide without complicating the configuration by separately providing a carbon monoxide concentration sensor or the like.
Further, if the fuel cell device has the maximum output, the generated voltage of the cell also becomes a high value. As a result, when the operating conditions of the carbon monoxide removing unit change, the fluctuation of the power generation voltage of the cell also becomes large, and it becomes easy to compare the difference in the power generation voltage of the cell with respect to the change of the operating conditions in the voltage comparison process. ..

本発明に係る燃料電池システムの運転方法の別の特徴構成は、
前記電圧比較工程の結果に基づいて、前記第1運転条件での前記セルの出力電圧が前記第2運転条件での前記セルの出力電圧から前記設定範囲より大きいと判定すると、
前記一酸化炭素除去部での一酸化炭素の酸化が前記第1運転条件よりも更に促進される第3運転条件に変化させて、前記一酸化炭素除去部の運転条件を変化させる前後での前記セルの出力電圧を比較する前記電圧比較工程を行う点にある。
Another characteristic configuration of the operation method of the fuel cell system according to the present invention is
Based on the result of the voltage comparison step, it is determined that the output voltage of the cell under the first operating condition is larger than the set range from the output voltage of the cell under the second operating condition.
The above before and after changing the operating conditions of the carbon monoxide removing unit by changing the oxidation of carbon monoxide in the carbon monoxide removing unit to a third operating condition in which the oxidation of carbon monoxide is further promoted than the first operating condition. The point is that the voltage comparison step of comparing the output voltages of cells is performed.

上記特徴構成によれば、運転条件決定工程で、第1運転条件でのセルの出力電圧が第2運転条件でのセルの出力電圧から設定範囲より大きい場合には、一酸化炭素の酸化を更に促進させるための性能の上昇余地があると考えられる。そこで、一酸化炭素の酸化が第1運転条件よりも更に促進される第3運転条件に変化させて、その変化の前後で出力電圧を比較する。そのときセルの出力電圧が変動しなければ第3運転条件にて運転を行う。この場合、第1運転条件として、例えば、酸化能力が低めの条件を設定していれば、第3運転条件は、適切な酸化処理性能を高めた運転条件にすることができ、適正な運転条件にすることが可能となる。 According to the above characteristic configuration, if the output voltage of the cell under the first operating condition is larger than the set range from the output voltage of the cell under the second operating condition in the operating condition determination step, carbon monoxide is further oxidized. It is considered that there is room for improvement in performance to promote it. Therefore, the carbon monoxide is changed to a third operating condition in which the oxidation of carbon monoxide is further promoted than the first operating condition, and the output voltage is compared before and after the change. At that time, if the output voltage of the cell does not fluctuate, the operation is performed under the third operating condition. In this case, for example, if a condition having a low oxidizing ability is set as the first operating condition, the third operating condition can be an operating condition in which the appropriate oxidation treatment performance is enhanced, and is an appropriate operating condition. It becomes possible to.

その結果、一酸化炭素の酸化をより一層促進させた状態で良好に一酸化炭素の酸化処理を行うことが可能となった。 As a result, it has become possible to satisfactorily oxidize carbon monoxide in a state where the oxidation of carbon monoxide is further promoted.

本発明に係る燃料電池システムの運転方法の更に別の特徴構成は、前記運転条件は、前記一酸化炭素除去部に供給する単位時間当たりの酸素量である点にある。 Yet another characteristic configuration of the operating method of the fuel cell system according to the present invention is that the operating condition is the amount of oxygen per unit time supplied to the carbon monoxide removing unit.

上記特徴構成によれば、運転条件として一酸化炭素除去部に供給する単位時間当たりの酸素量を変化させて、変化の前後でのセルの出力電圧を比較する。酸素の供給量が多いと一酸化炭素の酸化が行われ易く、酸素の供給量が少ないと一酸化炭素の酸化が行われ難いので、酸素の供給量はセルの発電性能に直接的に影響を与える。従って、運転条件の変化に伴うセルの発電電圧の変化を検知し易い。 According to the above characteristic configuration, the amount of oxygen supplied to the carbon monoxide removing unit per unit time is changed as an operating condition, and the output voltage of the cell before and after the change is compared. When the amount of oxygen supplied is large, carbon monoxide is easily oxidized, and when the amount of oxygen supplied is small, it is difficult to oxidize carbon monoxide. Therefore, the amount of oxygen supplied directly affects the power generation performance of the cell. give. Therefore, it is easy to detect a change in the generated voltage of the cell due to a change in operating conditions.

本発明に係る燃料電池システムの運転方法の更に別の特徴構成は、前記運転条件は、前記一酸化炭素除去部の温度である点にある。 Yet another characteristic configuration of the operating method of the fuel cell system according to the present invention is that the operating condition is the temperature of the carbon monoxide removing portion.

上記特徴構成によれば、運転条件として一酸化炭素除去部の温度を変化させて、変化の前後でのセルの出力電圧を比較する。一酸化炭素除去部では、温度が高いと一酸化炭素の酸化処理が促進され易く、温度が低いと一酸化炭素の酸化処理が促進され難いので、温度はセルの発電性能に直接的に影響を与える。従って、運転条件の変化に伴うセルの発電電圧の変化を検知し易い。 According to the above characteristic configuration, the temperature of the carbon monoxide removing portion is changed as an operating condition, and the output voltage of the cell before and after the change is compared. In the carbon monoxide removing section, the oxidation treatment of carbon monoxide is likely to be promoted when the temperature is high, and the oxidation treatment of carbon monoxide is difficult to be promoted when the temperature is low. Therefore, the temperature directly affects the power generation performance of the cell. give. Therefore, it is easy to detect a change in the generated voltage of the cell due to a change in operating conditions.

燃料電池システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the fuel cell system. セルの構造を説明する図である。It is a figure explaining the structure of a cell. 運転方法を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the operation method. 平均セル電圧の変化状態を示す図である。It is a figure which shows the change state of the average cell voltage. 平均セル電圧の変化状態を示す図である。It is a figure which shows the change state of the average cell voltage.

以下に図面を参照して本発明に係る燃料電池システムの運転方法について説明する。
図1は、燃料電池システムの構成を示す図である。図示するように、燃料電池システムは、炭化水素を含む原燃料ガスを改質して水素を主成分とする改質ガスを生成する燃料改質装置10、燃料改質装置10から供給される改質ガスを燃料として用いて発電する燃料電池装置20、及び、燃料改質装置10及び燃料電池装置20の運転を制御する運転制御装置1を備える。
The operation method of the fuel cell system according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system. As shown in the figure, the fuel cell system is a modification supplied from a fuel reforming device 10 and a fuel reforming device 10 that reform a raw fuel gas containing hydrocarbons to generate a reforming gas containing hydrogen as a main component. It includes a fuel cell device 20 that uses quality gas as fuel to generate power, and an operation control device 1 that controls the operation of the fuel reforming device 10 and the fuel cell device 20.

燃料改質装置10は、脱硫部11と、改質部12と、燃焼部13と、変成部14と、一酸化炭素除去部15と、水蒸気生成部16と、熱交換部17とを有する。 The fuel reformer 10 includes a desulfurization unit 11, a reforming unit 12, a combustion unit 13, a transformation unit 14, a carbon monoxide removing unit 15, a steam generating unit 16, and a heat exchange unit 17.

脱硫部11は、炭化水素を含む原燃料ガスを改質部12に供給する原燃料ガス流路L1の途中に設けられ、供給される原燃料(例えば都市ガス)などに付臭剤として含まれる硫黄化合物を脱硫処理する。脱硫部11への原燃料ガスの供給量、即ち、改質部12への原燃料の供給量は、運転制御装置1が、脱硫部11よりも上流側の原燃料ガス流路L1に設けられる第1弁V1を用いて調節する。また、脱硫部11は、収容している脱硫触媒の温度を調節する温度調節手段11aを備える。この温度調節手段11aは、例えば電気ヒーターである。そして、運転制御装置1は、脱硫部11(脱硫触媒)の温度が目標温度になるように温度調節手段11aの動作を制御する。 The desulfurization section 11 is provided in the middle of the raw fuel gas flow path L1 for supplying the raw fuel gas containing hydrocarbons to the reforming section 12, and is included as an odorant in the supplied raw fuel (for example, city gas). Desulfurize the sulfur compound. The amount of raw fuel gas supplied to the desulfurization unit 11, that is, the amount of raw fuel supplied to the reforming unit 12, is such that the operation control device 1 is provided in the raw material fuel gas flow path L1 on the upstream side of the desulfurization unit 11. Adjust using the first valve V1. Further, the desulfurization unit 11 includes a temperature control means 11a for adjusting the temperature of the contained desulfurization catalyst. The temperature controlling means 11a is, for example, an electric heater. Then, the operation control device 1 controls the operation of the temperature adjusting means 11a so that the temperature of the desulfurization unit 11 (desulfurization catalyst) becomes the target temperature.

改質部12は、原燃料ガスを水蒸気の存在下で改質処理して、水素を主成分とする改質ガスを生成する。具体的には、改質部12には、水蒸気と脱硫処理後の原燃料とが混合された状態で供給される。そして、改質部12は、隣接して設けられる燃焼部13で発生された熱を利用して原燃料を水蒸気改質して、水素を主成分とし、副生成物としての一酸化炭素と二酸化炭素とを含む改質ガスを生成する。改質部12での改質処理によって生成された改質ガスは、改質部12よりも下流側の改質ガス流路L2へと送り出される。 The reforming unit 12 reforms the raw material fuel gas in the presence of steam to generate a reforming gas containing hydrogen as a main component. Specifically, the reforming unit 12 is supplied with steam and the raw fuel after the desulfurization treatment in a mixed state. Then, the reforming unit 12 steam reforms the raw material and fuel using the heat generated in the adjacent combustion unit 13, and has hydrogen as the main component, and carbon monoxide and carbon dioxide as by-products. Produces a reformed gas containing carbon. The reformed gas generated by the reforming treatment in the reforming unit 12 is sent out to the reforming gas flow path L2 on the downstream side of the reforming unit 12.

燃焼部13は、可燃性ガスを燃焼して熱を発生させる。可燃性ガスとしては、後述するように、燃料電池装置20の燃料極(図示せず)から排出されたアノード排ガス(発電反応で消費されなかった水素を含むガス)、又は、燃焼用ガス流路L7を通して供給される都市ガスなどの燃焼用燃料ガス、或いは、それら両方を混合して用いることができる。また、燃焼部13には可燃性ガスの燃焼用の空気(酸素)が燃焼用空気流路L9を介して供給されている。 The combustion unit 13 burns a flammable gas to generate heat. As the flammable gas, as will be described later, the anode exhaust gas (gas containing hydrogen not consumed in the power generation reaction) discharged from the fuel electrode (not shown) of the fuel cell device 20 or the combustion gas flow path. Combustion fuel gas such as city gas supplied through L7, or a mixture of both of them can be used. Further, air (oxygen) for combustion of combustible gas is supplied to the combustion unit 13 via the combustion air flow path L9.

変成部14は、改質ガス流路L2の途中に設けられ、改質部12にて生成された改質ガスに含まれる一酸化炭素を低減するように処理する。具体的には、変成部14において、改質部12で生成された改質ガス中に含まれている一酸化炭素と水蒸気とが反応して、一酸化炭素が二酸化炭素に変成処理される。また、変成部14は、収容している一酸化炭素変成触媒の温度を調節する温度調節手段14aを備える。この温度調節手段14aは、例えば電気ヒーター又は熱交換器等により構成される。そして、運転制御装置1は、変成部14(一酸化炭素変成触媒)の温度が目標温度になるように温度調節手段14aの動作を制御する。 The metamorphic section 14 is provided in the middle of the reformed gas flow path L2, and is treated so as to reduce carbon monoxide contained in the reformed gas generated in the reformed section 12. Specifically, in the transformation section 14, carbon monoxide contained in the reforming gas generated in the reforming section 12 reacts with steam, and carbon monoxide is transformed into carbon dioxide. Further, the transformation unit 14 includes a temperature control means 14a for adjusting the temperature of the contained carbon monoxide transformation catalyst. The temperature controlling means 14a is composed of, for example, an electric heater, a heat exchanger, or the like. Then, the operation control device 1 controls the operation of the temperature adjusting means 14a so that the temperature of the metamorphic unit 14 (carbon monoxide metamorphic catalyst) becomes the target temperature.

一酸化炭素除去部15は、改質ガス流路L2の途中に設けられ、内部に一酸化炭素除去触媒を収容している。一酸化炭素除去部15では、変成処理後の改質ガス中に残っている一酸化炭素が添加される空気中の酸素によって酸化除去される。酸化用空気は、空気供給用ブロア18より酸化用空気流路L12を介して一酸化炭素除去部15よりも上流側の改質ガス流路L2へ供給される。その結果、一酸化炭素濃度の非常に低い、水素リッチな改質ガスが生成される。また、一酸化炭素除去部15の温度、具体的には一酸化炭素除去触媒の温度を調節する温度調節手段15aを備える。運転制御装置1は、一酸化炭素除去部15に供給する単位時間当たりの酸素量、具体的には、空気供給用ブロア18の供給量が設定量になるように、空気供給用ブロア18の作動を制御する。又、運転制御装置1は、一酸化炭素除去部15(一酸化炭素除去触媒)の温度が目標温度になるように温度調節手段15aの動作を制御する。温度調節手段15aは、例えば電気ヒーター又は熱交換器等により構成される。 The carbon monoxide removing unit 15 is provided in the middle of the reformed gas flow path L2, and houses the carbon monoxide removing catalyst inside. In the carbon monoxide removing unit 15, carbon monoxide remaining in the reformed gas after the transformation treatment is oxidatively removed by oxygen in the air to which the carbon monoxide is added. Oxidation air is supplied from the air supply blower 18 to the reformed gas flow path L2 on the upstream side of the carbon monoxide removing portion 15 via the oxidation air flow path L12. The result is a hydrogen-rich reformed gas with a very low carbon monoxide concentration. Further, the temperature adjusting means 15a for adjusting the temperature of the carbon monoxide removing unit 15, specifically, the temperature of the carbon monoxide removing catalyst is provided. The operation control device 1 operates the air supply blower 18 so that the amount of oxygen supplied to the carbon monoxide removing unit 15 per unit time, specifically, the supply amount of the air supply blower 18 becomes a set amount. To control. Further, the operation control device 1 controls the operation of the temperature adjusting means 15a so that the temperature of the carbon monoxide removing unit 15 (carbon monoxide removing catalyst) becomes the target temperature. The temperature control means 15a is composed of, for example, an electric heater, a heat exchanger, or the like.

一酸化炭素除去部15は、一酸化炭素除去触媒の温度が一定であれば、酸化用空気の供給量が多いほど活性が高まり一酸化炭素の酸化が促進され易い。又、一酸化炭素除去部15は、酸化用空気の供給量が一定であれば、一酸化炭素除去触媒の温度が高いほど活性が高まり一酸化炭素の酸化が促進され易い。 If the temperature of the carbon monoxide removing catalyst is constant, the carbon monoxide removing unit 15 becomes more active as the supply amount of air for oxidation increases, and the oxidation of carbon monoxide is likely to be promoted. Further, if the supply amount of the carbon monoxide removing unit 15 is constant, the higher the temperature of the carbon monoxide removing catalyst, the higher the activity and the more easily the oxidation of carbon monoxide is promoted.

一酸化炭素除去部15によって一酸化炭素濃度が低減された後の改質ガスが改質ガス流路L2を介して燃料電池装置20に供給される。一酸化炭素除去部15と燃料電池装置20との間の改質ガス流路L2の途中にその流路を開閉可能な第2弁V2が設けられている。 The reformed gas after the carbon monoxide concentration is reduced by the carbon monoxide removing unit 15 is supplied to the fuel cell device 20 via the reformed gas flow path L2. A second valve V2 capable of opening and closing the reformed gas flow path L2 between the carbon monoxide removing unit 15 and the fuel cell device 20 is provided.

水蒸気生成部16は、水供給路L10から供給される水を、燃焼部13から排出される熱を用いて蒸発させて、改質部12に水蒸気を供給する。具体的には、水蒸気生成部16に隣接して設けられる熱交換部17には、燃焼部13から排出された燃焼排ガスが改質部12への熱供給を行った後で燃焼排ガス流路L4を介して供給される。そして、その燃焼排ガスが有する熱が水蒸気生成部16に伝達されて水の蒸発に利用される。水蒸気生成部16で生成された水蒸気は、水蒸気流路L11を通って、脱硫部11よりも下流側の原燃料ガス流路L1に合流する。その結果、改質部12には、水蒸気と脱硫処理後の原燃料ガスとが混合して供給されることになる。水蒸気生成部16への水の供給量、即ち、改質部12への水蒸気の供給量は、運転制御装置1が調節する。 The steam generation unit 16 evaporates the water supplied from the water supply path L10 using the heat discharged from the combustion unit 13 to supply steam to the reforming unit 12. Specifically, in the heat exchange unit 17 provided adjacent to the steam generation unit 16, the combustion exhaust gas discharged from the combustion unit 13 supplies heat to the reforming unit 12, and then the combustion exhaust gas flow path L4. Supplied via. Then, the heat of the combustion exhaust gas is transferred to the steam generating unit 16 and used for evaporation of water. The steam generated by the steam generation unit 16 passes through the steam flow path L11 and joins the raw material fuel gas flow path L1 on the downstream side of the desulfurization unit 11. As a result, steam and the raw fuel gas after the desulfurization treatment are mixed and supplied to the reforming unit 12. The operation control device 1 adjusts the amount of water supplied to the steam generating unit 16, that is, the amount of steam supplied to the reforming unit 12.

燃料電池装置20は、固体高分子型燃料電池であり、図2に示すように、固体高分子からなる電解質膜22を燃料極23(アノード)と酸素極24(カソード)とにより挟んでセルCが構成されている。 The fuel cell device 20 is a solid polymer fuel cell, and as shown in FIG. 2, the cell C has an electrolyte membrane 22 made of a solid polymer sandwiched between a fuel electrode 23 (anode) and an oxygen electrode 24 (cathode). Is configured.

燃料極23はガス拡散層23aと触媒層23bとを備え、ガス拡散層23aと対面する側の第1セパレータ26の一面に形成される燃料ガス流路26aに供給された燃料ガスがガス拡散層23aを通って触媒層23bに到達する。触媒層23bは、金属触媒を担持した担体によって構成される。同様に、酸素極24はガス拡散層24aと触媒層24bとを備え、ガス拡散層24aと対面する側の第2セパレータ27の一面に形成される空気流路27aに供給された酸素(空気)がガス拡散層24aを通って触媒層24bに到達する。第2セパレータ27と、隣り合うセルCの第1セパレータ26との間には、冷却水が流れる冷却水流路27bが形成されている。 The fuel electrode 23 includes a gas diffusion layer 23a and a catalyst layer 23b, and the fuel gas supplied to the fuel gas flow path 26a formed on one surface of the first separator 26 on the side facing the gas diffusion layer 23a is the gas diffusion layer. It reaches the catalyst layer 23b through 23a. The catalyst layer 23b is composed of a carrier carrying a metal catalyst. Similarly, the oxygen electrode 24 includes a gas diffusion layer 24a and a catalyst layer 24b, and oxygen (air) supplied to an air flow path 27a formed on one surface of a second separator 27 on the side facing the gas diffusion layer 24a. Reach the catalyst layer 24b through the gas diffusion layer 24a. A cooling water flow path 27b through which cooling water flows is formed between the second separator 27 and the first separator 26 of the adjacent cell C.

そして、燃料電池装置20は、上記したようなセルCを複数積層して構成されるセルスタック25が備えられている。図1に示すように、セルスタック25が有する燃料極23には改質ガス流路L2を介して上記改質ガスが供給され、セルスタック25が有する酸素極24には酸化剤ガス流路L5を介して酸素(空気)が供給されて発電反応が行われる。セルスタック21の出力電力(即ち、発電反応の量)は、運転制御装置1がインバータ(図示せず)を用いて調節し、その電力が電力消費装置(図示せず)に供給される。尚、セルスタック25に供給される水素のうち、過剰な水素は、セルスタック25での発電反応で消費されることなくセルスタック25の燃料極23から排出され、アノード排ガス流路L3を通って燃焼部13に供給され、可燃性ガスとして燃焼される。アノード排ガス流路L3には、その流路を開閉可能な第3弁V3が設けられるとともに、燃焼用ガス流路L7が接続されている。アノード排ガス流路L3への燃焼用燃料ガスの供給量は、運転制御装置1が、燃焼用ガス流路L7の途中に設けられる第4弁V4を用いて調節する。セルスタック25の酸素極24から排出されたカソード排ガスはカソード排ガス流路L6を介して排気される。 The fuel cell device 20 is provided with a cell stack 25 formed by stacking a plurality of cells C as described above. As shown in FIG. 1, the reformed gas is supplied to the fuel electrode 23 of the cell stack 25 via the reformed gas flow path L2, and the oxygen electrode 24 of the cell stack 25 is supplied with the oxidant gas flow path L5. Oxygen (air) is supplied via the above to carry out a power generation reaction. The output power of the cell stack 21 (that is, the amount of power generation reaction) is adjusted by the operation control device 1 using an inverter (not shown), and the power is supplied to the power consuming device (not shown). Of the hydrogen supplied to the cell stack 25, excess hydrogen is discharged from the fuel electrode 23 of the cell stack 25 without being consumed by the power generation reaction in the cell stack 25, and passes through the anode exhaust gas flow path L3. It is supplied to the combustion unit 13 and burned as a combustible gas. The anode exhaust gas flow path L3 is provided with a third valve V3 capable of opening and closing the flow path, and is connected to the combustion gas flow path L7. The amount of combustion fuel gas supplied to the anode exhaust gas flow path L3 is adjusted by the operation control device 1 using a fourth valve V4 provided in the middle of the combustion gas flow path L7. The cathode exhaust gas discharged from the oxygen electrode 24 of the cell stack 25 is exhausted through the cathode exhaust gas flow path L6.

一酸化炭素除去部15とその第2弁V2との間の改質ガス流路L2の途中部と、アノード排ガス流路L3の途中部とがバイパス流路L8で接続される。バイパス流路L8には、その流路を開閉可能な第5弁V5が設けられている。 An intermediate portion of the reformed gas flow path L2 between the carbon monoxide removing portion 15 and its second valve V2 and an intermediate portion of the anode exhaust gas flow path L3 are connected by a bypass flow path L8. The bypass flow path L8 is provided with a fifth valve V5 capable of opening and closing the flow path.

燃料電池システムの運転を停止しているとき、上記各弁V1〜V5が何れも閉止され、燃料改質装置10の内部の領域は、例えば原燃料ガスが充填された状態で保管され、セルスタック21の内部の領域は、例えば改質ガスが充填された状態で保管される。 When the operation of the fuel cell system is stopped, all of the above valves V1 to V5 are closed, and the area inside the fuel reformer 10 is stored, for example, in a state of being filled with raw fuel gas, and the cell stack. The inner region of 21 is stored, for example, filled with reforming gas.

燃料電池システムの運転を開始すると、運転制御装置1は、第1弁V1を開放して原燃料ガスを脱硫部11に供給し、水を水蒸気生成部16に供給し、第4弁V4を開放して燃焼用燃料ガスを燃焼用ガス流路L7及びアノード排ガス流路L3を介して燃焼部13に供給して燃焼部13を燃焼作動させる。また、運転制御装置1は、脱硫部11の温度調節手段11a、変成部14の温度調節手段14a、一酸化炭素除去部15の温度調節手段15aを加熱作動させて、脱硫部11及び変成部14及び一酸化炭素除去部15の昇温を行う。 When the operation of the fuel cell system is started, the operation control device 1 opens the first valve V1 to supply the raw fuel gas to the desulfurization unit 11, supplies water to the steam generation unit 16, and opens the fourth valve V4. Then, the combustion fuel gas is supplied to the combustion unit 13 via the combustion gas flow path L7 and the anode exhaust gas flow path L3 to operate the combustion unit 13 for combustion. Further, the operation control device 1 heats and operates the temperature control means 11a of the desulfurization section 11, the temperature control means 14a of the transformation section 14, and the temperature control means 15a of the carbon monoxide removing section 15, and the desulfurization section 11 and the transformation section 14 are operated. And the temperature of the carbon monoxide removing unit 15 is raised.

運転制御装置1は、運転を開始した時点では、第2弁V2を閉止し、且つ、第3弁V3を開放している。その結果、改質部12で生成された改質ガスは、燃料電池装置20へ供給されず、全量がバイパス流路L8及びアノード排ガス流路L3を通って燃焼部13で燃焼される。運転制御装置1は、この状態で運転を継続し、例えば改質部12に設けられている温度センサT1で改質触媒の温度が設定温度に達すると、燃料改質装置10の起動工程が完了したと判定する。そして、運転制御装置1は、第2弁V2を開放し、第3弁V3を閉止して、改質部12で生成された改質ガスの全量が燃料電池装置20に供給されるようにする。また、運転制御装置1は、燃焼用ガス流路L7を介して供給する燃焼用燃料ガスの量を、例えば、燃焼部13に設けた温度センサT2の検出温度が所定の温度になるように適宜調節する。 At the time when the operation is started, the operation control device 1 closes the second valve V2 and opens the third valve V3. As a result, the reformed gas generated in the reforming section 12 is not supplied to the fuel cell device 20, and the entire amount is burned in the combustion section 13 through the bypass flow path L8 and the anode exhaust gas flow path L3. The operation control device 1 continues to operate in this state. For example, when the temperature of the reforming catalyst reaches the set temperature by the temperature sensor T1 provided in the reforming unit 12, the starting process of the fuel reforming device 10 is completed. It is determined that the product has been used. Then, the operation control device 1 opens the second valve V2 and closes the third valve V3 so that the entire amount of the reformed gas generated by the reforming unit 12 is supplied to the fuel cell device 20. .. Further, the operation control device 1 appropriately adjusts the amount of combustion fuel gas supplied through the combustion gas flow path L7 so that the detection temperature of the temperature sensor T2 provided in the combustion unit 13 becomes a predetermined temperature, for example. Adjust.

運転制御装置1は、一酸化炭素除去部15を適切な運転条件で作動させるための設定処理を実行するように構成されている。すなわち、運転制御装置1は、上記設定処理として、図3に示すように、電圧比較工程と、判定工程と、運転条件決定工程とを実行する。 The operation control device 1 is configured to execute a setting process for operating the carbon monoxide removing unit 15 under appropriate operating conditions. That is, the operation control device 1 executes the voltage comparison step, the determination step, and the operation condition determination step as the above setting process, as shown in FIG.

説明を加えると、運転制御装置1は、一酸化炭素除去部15の運転条件を変化させる前後でのセルCの出力電圧を比較する電圧比較工程を、燃料電池装置20の出力電力が一定である間に行い、電圧比較工程の結果に基づいて、一酸化炭素除去部15での一酸化炭素の酸化が相対的に促進される第1運転条件でのセルCの出力電圧が、一酸化炭素除去部15での一酸化炭素の酸化が相対的に促進されない第2運転条件でのセルCの出力電圧から設定範囲内にあると判定すると、第2運転条件を以後の一酸化炭素除去部15の運転条件として決定する運転条件決定工程を行うように構成されている。 To add an explanation, the operation control device 1 performs a voltage comparison step of comparing the output voltage of the cell C before and after changing the operating conditions of the carbon monoxide removing unit 15, and the output power of the fuel cell device 20 is constant. Based on the result of the voltage comparison step, the output voltage of the cell C under the first operating condition in which the oxidation of carbon monoxide in the carbon monoxide removing unit 15 is relatively promoted is the carbon monoxide removing. When it is determined from the output voltage of the cell C under the second operating condition that the oxidation of carbon monoxide in the part 15 is not relatively promoted, the second operating condition is set to the subsequent carbon monoxide removing part 15. It is configured to perform an operating condition determination process that is determined as an operating condition.

上記したような運転条件の設定処理は、適宜間隔をあけて定期的に行う。例えば、1か月に1回程度の頻度で行う。この運転条件の設定処理を行うときは、燃料電池装置20の出力電力を最大出力に調整して、最大出力にて1時間継続して運転を行ったのち出力が安定している状態で行う。 The operation condition setting process as described above is performed periodically at appropriate intervals. For example, it is performed about once a month. The operation condition setting process is performed in a state where the output power of the fuel cell device 20 is adjusted to the maximum output, the operation is continuously performed at the maximum output for 1 hour, and then the output is stable.

このような運転条件の設定処理を実行する場合、運転制御装置1は、一酸化炭素除去部15の運転条件として、一酸化炭素除去部15に供給する単位時間当たりの酸素量、具体的には、一酸化炭素除去部15に対する酸化用空気の供給量を変化させる。すなわち、運転制御装置1は、電圧比較工程において、一酸化炭素除去部15に対する酸化用空気の供給量を変化させ、その変化の前後において、セルCの出力電圧を検出する。 When executing such an operation condition setting process, the operation control device 1 determines the amount of oxygen per unit time supplied to the carbon monoxide removing unit 15 as the operating condition of the carbon monoxide removing unit 15, specifically, the oxygen amount per unit time. , The amount of air for oxidation to the carbon monoxide removing unit 15 is changed. That is, the operation control device 1 changes the supply amount of the oxidizing air to the carbon monoxide removing unit 15 in the voltage comparison step, and detects the output voltage of the cell C before and after the change.

以下、具体的な動作について説明する。
図4,5に、酸化用空気の供給量を変化させたときのセルCの出力電圧の変化の具体例を示している。予め、一酸化炭素除去部15の初期設定条件として、例えば、一酸化炭素除去触媒の温度が90℃で、酸化用空気の供給量が350〔ml/分〕が設定される。運転制御装置1は、図4に示す例では、電圧比較工程において、一酸化炭素除去触媒の温度を90℃に維持しながら、酸化用空気の供給量を調整可能な上限値すなわち、500〔ml/分〕に設定する。このとき、酸化用空気の供給量の増加に伴って、複数のセルCの出力電力の平均値(以下、平均セル電圧という)が、750〔mV〕から760〔mV〕に変化している。次に、酸化用空気の供給量を400〔ml/分〕に設定して、その前後における平均セル電圧を比較する。
The specific operation will be described below.
FIGS. 4 and 5 show specific examples of changes in the output voltage of cell C when the supply amount of oxidizing air is changed. As the initial setting conditions of the carbon monoxide removing unit 15, for example, the temperature of the carbon monoxide removing catalyst is 90 ° C., and the supply amount of air for oxidation is 350 [ml / min]. In the example shown in FIG. 4, the operation control device 1 has an upper limit value that can adjust the supply amount of air for oxidation while maintaining the temperature of the carbon monoxide removal catalyst at 90 ° C., that is, 500 [ml] in the voltage comparison step. / Minute] is set. At this time, as the supply amount of the oxidizing air increases, the average value of the output powers of the plurality of cells C (hereinafter referred to as the average cell voltage) changes from 750 [mV] to 760 [mV]. Next, the supply amount of the oxidizing air is set to 400 [ml / min], and the average cell voltage before and after that is compared.

そして、判定工程において、酸化用空気の供給量が500〔ml/分〕から400〔ml/分〕に変化するときの変化の前後において、500〔ml/分〕供給時でのセルCの出力電圧が、400〔ml/分〕供給時でのセルCの出力電圧から設定範囲内にあるか否かを判定する。言い換えると、平均セル電圧が設定量以上変動したか否かを判定する。 Then, in the determination step, before and after the change when the supply amount of the oxidizing air changes from 500 [ml / min] to 400 [ml / min], the output of the cell C at the time of supplying 500 [ml / min]. It is determined whether or not the voltage is within the set range from the output voltage of the cell C when 400 [ml / min] is supplied. In other words, it is determined whether or not the average cell voltage has fluctuated by a set amount or more.

図4に示す例では、酸化用空気の供給量が500〔ml/分〕から400〔ml/分〕に変化すると、平均セル電圧が750〔mV〕に変化している。この場合には、酸化用空気の供給量を400〔ml/分〕に設定した状態は、適正な運転状態ではなく、性能を充分に発揮できていない状態であると想定できる。そこで、この場合には、酸化用空気の供給量を400〔ml/分〕よりも設定量(50〔mV〕)多い、450〔ml/分〕に設定してその後の運転を実行するようにしている。図4に示す例では、酸化用空気の供給量が400〔ml/分〕から450〔ml/分〕に変化すると、平均セル電圧が760〔mV〕に変化している。 In the example shown in FIG. 4, when the supply amount of the oxidizing air changes from 500 [ml / min] to 400 [ml / min], the average cell voltage changes to 750 [mV]. In this case, it can be assumed that the state in which the supply amount of the oxidizing air is set to 400 [ml / min] is not an appropriate operating state and the performance is not sufficiently exhibited. Therefore, in this case, the supply amount of the oxidizing air is set to 450 [ml / min], which is a set amount (50 [mV]) larger than 400 [ml / min], and the subsequent operation is executed. ing. In the example shown in FIG. 4, when the supply amount of the oxidizing air changes from 400 [ml / min] to 450 [ml / min], the average cell voltage changes to 760 [mV].

すなわち、酸化用空気の供給量を調整可能な上限値(500〔ml/分〕)に設定する運転条件では、空気の供給量が過剰になるが、400〔ml/分〕では不足しているので、450〔ml/分〕に設定することで、最大能力に近い性能を発揮することが可能となる。 That is, under the operating conditions in which the supply amount of oxidizing air is set to the adjustable upper limit value (500 [ml / min]), the air supply amount becomes excessive, but 400 [ml / min] is insufficient. Therefore, by setting it to 450 [ml / min], it is possible to exhibit performance close to the maximum capacity.

一方、図5に示す例では、一旦、酸化用空気の供給量が350〔ml/分〕から500〔ml/分〕(第1運転条件)に設定されたのち、酸化用空気の供給量を400〔ml/分〕(第2運転条件)に変化させても平均セル電圧が760〔mV〕にて一定で変化していない。この場合、酸化用空気の供給量を400〔ml/分〕に設定した状態が適正な運転状態であることが想定される。そこで、この場合には、酸化用空気の供給量を400〔ml/分〕に維持しながらその後の運転を実行する。この例では、400〔ml/分〕が最大能力に近い性能を発揮する状態となる。 On the other hand, in the example shown in FIG. 5, the supply amount of the oxidizing air is once set from 350 [ml / min] to 500 [ml / min] (first operating condition), and then the supply amount of the oxidizing air is set. Even when changed to 400 [ml / min] (second operating condition), the average cell voltage was constant at 760 [mV] and did not change. In this case, it is assumed that the state in which the supply amount of the oxidizing air is set to 400 [ml / min] is the proper operating state. Therefore, in this case, the subsequent operation is executed while maintaining the supply amount of the oxidizing air at 400 [ml / min]. In this example, 400 [ml / min] is in a state where the performance close to the maximum capacity is exhibited.

つまり、上記した処理方法では、酸化用空気の供給量が500〔ml/分〕に設定されることが第1設定条件に対応し、酸化用空気の供給量が400〔ml/分〕に設定されることが第2設定条件に対応する。 That is, in the above-mentioned treatment method, the supply amount of the oxidizing air is set to 500 [ml / min], which corresponds to the first setting condition, and the supply amount of the oxidizing air is set to 400 [ml / min]. It corresponds to the second setting condition.

酸化用空気の供給量を変更する処理方法において、上記した例では、酸化用空気の供給量を調整可能な上限値に設定した後に、酸化用空気の供給量を設定量(50〔ml/分〕)ずつ変更させるようにしているが、50〔ml/分〕に限らず、それよりも少ない設定量ずつ変更させてさらに精度よく酸化処理の能力調節を行うようにしてもよい。又、酸化用空気の供給量を減少させる方法に代えて、酸化用空気の供給量を予め少なめに設定しておき、設定量ずつ増加させるように変更するようにしてもよい。 In the treatment method for changing the supply amount of the oxidation air, in the above example, after setting the supply amount of the oxidation air to an adjustable upper limit value, the supply amount of the oxidation air is set to the set amount (50 [ml / min). ]), But it is not limited to 50 [ml / min], and it may be changed by a set amount smaller than that to more accurately adjust the capacity of the oxidation treatment. Further, instead of the method of reducing the supply amount of the oxidizing air, the supply amount of the oxidizing air may be set to be small in advance and changed so as to increase by the set amount.

この実施形態で示した、一酸化炭素除去触媒の温度、酸化用空気の供給量、平均セル電圧等の数値は一例であって、本発明は、これらの数値に限定されるものではなく、異なる値に設定して処理を実行することができる。 Numerical values such as the temperature of the carbon monoxide removal catalyst, the supply amount of air for oxidation, and the average cell voltage shown in this embodiment are examples, and the present invention is not limited to these numerical values and is different. You can set it to a value and execute the process.

<別実施形態>
次に別実施形態を説明する。
<Another Embodiment>
Next, another embodiment will be described.

<1>
上記実施形態では、一酸化炭素除去部15の運転条件として、一酸化炭素除去部15に対する酸化用空気の供給量を変化させるようにしたが、この構成に代えて、一酸化炭素除去部15の運転条件として、一酸化炭素除去部15の温度を変化させるようにしてもよい。
<1>
In the above embodiment, as the operating condition of the carbon monoxide removing unit 15, the amount of air for oxidation to the carbon monoxide removing unit 15 is changed, but instead of this configuration, the carbon monoxide removing unit 15 As an operating condition, the temperature of the carbon monoxide removing unit 15 may be changed.

すなわち、運転制御装置1は、電圧比較工程において、一酸化炭素除去部15の運転条件として、一酸化炭素除去部15の温度を変化させ、変化の前後において、セルCの出力電圧を検出する。 That is, in the voltage comparison step, the operation control device 1 changes the temperature of the carbon monoxide removing unit 15 as an operating condition of the carbon monoxide removing unit 15, and detects the output voltage of the cell C before and after the change.

具体的な動作について説明すると、一酸化炭素除去部15の初期設定条件として、上記実施形態と同様に、例えば、一酸化炭素除去部15の温度が90℃で、酸化用空気の供給量が350〔ml/分〕が設定される。そして、このときの平均セル電圧が700〔mV〕である。 Explaining the specific operation, as the initial setting conditions of the carbon monoxide removing unit 15, for example, the temperature of the carbon monoxide removing unit 15 is 90 ° C. and the supply amount of air for oxidation is 350, as in the above embodiment. [Ml / min] is set. The average cell voltage at this time is 700 [mV].

運転制御装置1は、酸化用空気の供給量を350〔ml/分〕に維持しながら、一酸化炭素除去部15(具体的には、一酸化炭素除去触媒)の温度を90℃から92℃に変更設定する。例えば、表1に示すように、一酸化炭素除去部15は温度上方に伴って酸化処理の活性が向上するので、平均セル電圧が変更する。表1に示す例では、例えば、平均セル電圧が700〔mV〕から702〔mV〕に変化している。以下、一酸化炭素除去部15の温度を2℃ずつ増加させるように変更設定する。このとき、例えば、表1に示すように、一酸化炭素除去部15の温度を92℃から94℃に変更すると、平均セル電圧が702〔mV〕から705〔mV〕に変化し、一酸化炭素除去部15の温度を94℃から96℃に変更すると、平均セル電圧は705〔mV〕であり、94℃のときから変化していない場合を示している。 The operation control device 1 keeps the supply amount of air for oxidation at 350 [ml / min] and raises the temperature of the carbon monoxide removing unit 15 (specifically, the carbon monoxide removing catalyst) from 90 ° C. to 92 ° C. Change to. For example, as shown in Table 1, the carbon monoxide removing unit 15 improves the activity of the oxidation treatment as the temperature rises, so that the average cell voltage changes. In the example shown in Table 1, for example, the average cell voltage changes from 700 [mV] to 702 [mV]. Hereinafter, the temperature of the carbon monoxide removing unit 15 is changed and set so as to be increased by 2 ° C. At this time, for example, as shown in Table 1, when the temperature of the carbon monoxide removing unit 15 is changed from 92 ° C. to 94 ° C., the average cell voltage changes from 702 [mV] to 705 [mV], and carbon monoxide is carbon monoxide. When the temperature of the removing unit 15 is changed from 94 ° C. to 96 ° C., the average cell voltage is 705 [mV], indicating a case where the temperature has not changed since 94 ° C.

Figure 0006917744
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上記した一酸化炭素除去触媒の温度を変更させる処理方法では、一酸化炭素除去部15の温度を92℃に設定する状態が一酸化炭素の酸化が相対的に促進される第1運転条件に相当する。一酸化炭素除去部15の温度を90℃に設定する状態が一酸化炭素の酸化が相対的に促進されない第2運転条件に相当する。そして、一酸化炭素除去部15の温度を94℃に設定する状態が第3運転条件に相当する。 In the above-mentioned treatment method for changing the temperature of the carbon monoxide removing catalyst, the state where the temperature of the carbon monoxide removing unit 15 is set to 92 ° C. corresponds to the first operating condition in which the oxidation of carbon monoxide is relatively promoted. do. The state in which the temperature of the carbon monoxide removing unit 15 is set to 90 ° C. corresponds to the second operating condition in which the oxidation of carbon monoxide is not relatively promoted. The state in which the temperature of the carbon monoxide removing unit 15 is set to 94 ° C. corresponds to the third operating condition.

説明を加えると、一酸化炭素除去部15の温度を92℃に設定する状態と、一酸化炭素除去部15の温度を90℃に設定する状態とでは、セルの出力電圧の差が設定範囲より大であり、第1運転条件よりも更に酸化が促進される第3運転条件として、一酸化炭素除去部15の温度を94℃に設定する。そして、一酸化炭素除去部15の温度を94℃から更に上昇させても、セルCの出力電圧は変化しないので、一酸化炭素除去部15の温度が94℃に設定される状態でその後の運転条件として設定される。 To add an explanation, the difference in cell output voltage between the state where the temperature of the carbon monoxide removing unit 15 is set to 92 ° C. and the state where the temperature of the carbon monoxide removing unit 15 is set to 90 ° C. is larger than the set range. The temperature of the carbon monoxide removing unit 15 is set to 94 ° C. as a third operating condition, which is large and further promotes oxidation than the first operating condition. Then, even if the temperature of the carbon monoxide removing unit 15 is further increased from 94 ° C., the output voltage of the cell C does not change, so that the subsequent operation is performed with the temperature of the carbon monoxide removing unit 15 set to 94 ° C. Set as a condition.

一酸化炭素除去部15の温度を変更する処理方法において、上記した例では、一酸化炭素除去部15の温度を低めの温度(90℃)から設定温度(2℃)ずつ上昇させるようにしているが、2℃に限らず、それよりも少ない設定温度(1℃)や多めの設定温度(3℃以上)ずつ変更させてもよい。又、一酸化炭素除去部15の温度を上昇させる方法に代えて、一酸化炭素除去部15の温度を予め高めに設定しておき、設定温度ずつ低下させるように変更するようにしてもよい。尚、一酸化炭素除去部15の温度を上昇させる場合、熱走等の発生を回避するために、上限温度(例えば、100℃)を設定しておき、その上限温度以上に上昇させないように設定するとよい。 In the treatment method for changing the temperature of the carbon monoxide removing unit 15, in the above example, the temperature of the carbon monoxide removing unit 15 is increased by a set temperature (2 ° C.) from a lower temperature (90 ° C.). However, the temperature is not limited to 2 ° C., and the set temperature may be changed to a lower set temperature (1 ° C.) or a larger set temperature (3 ° C. or higher). Further, instead of the method of raising the temperature of the carbon monoxide removing unit 15, the temperature of the carbon monoxide removing unit 15 may be set high in advance and changed so as to decrease by the set temperature. When raising the temperature of the carbon monoxide removing unit 15, an upper limit temperature (for example, 100 ° C.) is set in order to avoid the occurrence of thermal run and the like, and the upper limit temperature is set so as not to be raised above the upper limit temperature. It is good to do.

本実施形態で示した、一酸化炭素除去部15の温度、酸化用空気の供給量、平均セル電圧等の数値は一例であって、本発明は、これらの数値に限定されるものではなく、異なる値に設定して処理を実行することができる。 Numerical values such as the temperature of the carbon monoxide removing unit 15, the supply amount of air for oxidation, and the average cell voltage shown in the present embodiment are examples, and the present invention is not limited to these numerical values. The process can be executed by setting different values.


上記各実施形態では、一酸化炭素除去部15の初期設定条件として、一酸化炭素除去部15の温度が90℃で、酸化用空気の供給量が350〔ml/分〕に設定されるものを示したが、この構成に代えて、例えば、表2に示すように、燃料電池システムの運転積算時間の長さに応じて初期設定条件を変更するようにしてもよい。
< 2 >
In each of the above embodiments, as the initial setting conditions of the carbon monoxide removing unit 15, the temperature of the carbon monoxide removing unit 15 is set to 90 ° C., and the supply amount of air for oxidation is set to 350 [ml / min]. Although shown, instead of this configuration, for example, as shown in Table 2, the initial setting conditions may be changed according to the length of the integrated operation time of the fuel cell system.

Figure 0006917744
Figure 0006917744

尚、上記実施形態(別実施形態を含む、以下同じ)で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。 The configuration disclosed in the above embodiment (including another embodiment, the same shall apply hereinafter) can be applied in combination with the configuration disclosed in other embodiments as long as there is no contradiction. The embodiments disclosed in the present specification are examples, and the embodiments of the present invention are not limited thereto, and can be appropriately modified without departing from the object of the present invention.

本発明は、燃料電池システムに利用できる。 The present invention can be used in fuel cell systems.

10 燃料改質装置
12 改質部
14 変成部
15 一酸化炭素除去部
20 燃料電池装置
10 Fuel reformer 12 Reformer 14 Metamorphic section 15 Carbon monoxide removal section 20 Fuel cell device

Claims (4)

原燃料を改質して水素を主成分とするガスを生成する燃料改質装置と、前記燃料改質装置で生成された水素を主成分とするガスを用いて発電を行うセルを有する燃料電池装置とを備え、
前記燃料改質装置は、原燃料を改質して水素を主成分とし一酸化炭素を含む改質ガスを生成する改質部と、前記改質ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に変成する一酸化炭素変成触媒を有する変成部と、前記変成部から排出される変成処理済ガス中に残留している一酸化炭素を酸化により選択的に除去する一酸化炭素除去部とを有する燃料電池システムの運転方法であって、
前記一酸化炭素除去部の運転条件を変化させる前後での前記セルの出力電圧を比較する電圧比較工程を、前記燃料電池装置の出力電力が一定である間として、前記燃料電池装置の出力電力が最大出力である間に行い、
前記電圧比較工程の結果に基づいて、前記一酸化炭素除去部での一酸化炭素の酸化が相対的に促進される第1運転条件での前記セルの出力電圧が、前記一酸化炭素除去部での一酸化炭素の酸化が相対的に促進されない第2運転条件での前記セルの出力電圧から設定範囲内にあると判定すると、前記第2運転条件を以後の前記一酸化炭素除去部の運転条件として決定する運転条件決定工程を行う燃料電池システムの運転方法。
A fuel cell having a fuel reformer that reforms raw fuel to generate a gas containing hydrogen as a main component and a cell that generates power using a gas containing hydrogen as a main component generated by the fuel reformer. Equipped with equipment,
The fuel reformer reforms a raw material fuel to generate a reformed gas containing hydrogen as a main component and contains carbon monoxide, and transforms carbon monoxide contained in the reformed gas into carbon dioxide. A fuel cell having a metamorphic part having a carbon monoxide reforming catalyst and a carbon monoxide removing part for selectively removing carbon monoxide remaining in the reformed gas discharged from the reformed part by oxidation. How to operate the system
The voltage comparison step of comparing the output voltage of the cell before and after changing the operating condition of the carbon monoxide removing unit is performed while the output power of the fuel cell device is constant, and the output power of the fuel cell device is increased. Do it while it is at maximum output
Based on the result of the voltage comparison step, the output voltage of the cell under the first operating condition in which the oxidation of carbon monoxide in the carbon monoxide removing section is relatively promoted is set in the carbon monoxide removing section. When it is determined from the output voltage of the cell under the second operating condition that the oxidation of carbon monoxide is not relatively promoted, the second operating condition is changed to the subsequent operating condition of the carbon monoxide removing unit. A method of operating a fuel cell system that performs a process of determining operating conditions.
前記電圧比較工程の結果に基づいて、前記第1運転条件での前記セルの出力電圧が前記第2運転条件での前記セルの出力電圧から前記設定範囲より大きいと判定すると、
前記一酸化炭素除去部での一酸化炭素の酸化が前記第1運転条件よりも更に促進される第3運転条件に変化させて、前記一酸化炭素除去部の運転条件を変化させる前後での前記セルの出力電圧を比較する前記電圧比較工程を行う請求項1に記載の燃料電池システムの運転方法。
Based on the result of the voltage comparison step, it is determined that the output voltage of the cell under the first operating condition is larger than the set range from the output voltage of the cell under the second operating condition.
The above before and after changing the operating conditions of the carbon monoxide removing unit by changing the oxidation of carbon monoxide in the carbon monoxide removing unit to a third operating condition in which the oxidation of carbon monoxide is further promoted than the first operating condition. The method for operating a fuel cell system according to claim 1, wherein the voltage comparison step of comparing the output voltages of cells is performed.
前記運転条件は、前記一酸化炭素除去部に供給する単位時間当たりの酸素量である請求項1又は2に記載の燃料電池システムの運転方法。 The method for operating a fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein the operating condition is an amount of oxygen per unit time supplied to the carbon monoxide removing unit. 前記運転条件は、前記一酸化炭素除去部の温度である請求項1又は2に記載の燃料電池システムの運転方法。 The method for operating a fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein the operating condition is the temperature of the carbon monoxide removing unit.
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