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JP2011222478A - Solid oxide type fuel cell - Google Patents

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JP2011222478A JP2010232196A JP2010232196A JP2011222478A JP 2011222478 A JP2011222478 A JP 2011222478A JP 2010232196 A JP2010232196 A JP 2010232196A JP 2010232196 A JP2010232196 A JP 2010232196A JP 2011222478 A JP2011222478 A JP 2011222478A
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Katsumi Higaki
勝己 檜垣
Yuya Takuwa
雄也 宅和
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell capable of relatively readily detecting time-dependent changes of any two of supply flow rates of fuel gas, water for reforming, and air.SOLUTION: A solid oxide type fuel cell 2 includes fuel gas supply means for supplying fuel gas, water supply means for supplying water for reforming, a reformer 6 for reforming the fuel gas with water vapor using the water for reforming, air supply means 30 for supplying air, a fuel battery cell stack 8 performing power generation by oxidation and reduction of the reformed fuel gas and the air (oxygen), and a combustion chamber 34 disposed on a fuel gas exhaust side of the fuel battery cell stack 8. Temperatures of two measurement positions in relation to the reformer 6, the fuel battery cell stack 8 and the combustion chamber 34 are detected. Based on the temperatures thus detected for the two measurement positions, time-dependent changes of any two of supply flow rates of the fuel gas, the water for reforming, and the air are detected.

Description

本発明は、燃料ガスを燃料として発電を行う燃料電池セルスタックを備えた固体酸化物形燃料電池に関する。   The present invention relates to a solid oxide fuel cell including a fuel cell stack that generates power using fuel gas as fuel.

燃料ガスを燃料ガス供給流路を通して供給するための燃料ガス供給手段と、改質用水を水供給流路を通して供給するための水供給手段と、燃料ガスを改質用水を用いて水蒸気改質するための改質器と、空気を空気供給流路を通して供給するための空気供給手段と、改質燃料ガス及び空気(空気中の酸素)の酸化及び還元によって発電を行う燃料電池セルスタックと、燃料電池セルスタックの燃料ガス排出側に配設された燃焼室とを備えた燃料電池が知られている。   Fuel gas supply means for supplying fuel gas through the fuel gas supply flow path, water supply means for supplying reforming water through the water supply flow path, and steam reforming the fuel gas using the reforming water Reformer, air supply means for supplying air through an air supply channel, fuel cell stack for generating power by oxidation and reduction of reformed fuel gas and air (oxygen in the air), fuel 2. Description of the Related Art A fuel cell including a combustion chamber disposed on a fuel gas discharge side of a battery cell stack is known.

この燃料電池では、燃料ガス供給流路には、例えば燃料ガスブロアが配設され、この燃料ガスブロアにより燃料ガス供給流路を通して供給される燃料ガスの流量が制御される。また、水供給流路には、例えば水供給ポンプが配設され、この水供給ポンプにより水供給流路を通して供給される改質用水の流量が制御される。更に、空気供給流路には、例えば空気ブロアが配設され、この空気ブロアにより空気供給流路を通して供給される空気の流量が制御される。   In this fuel cell, for example, a fuel gas blower is disposed in the fuel gas supply flow path, and the flow rate of the fuel gas supplied through the fuel gas supply flow path is controlled by the fuel gas blower. Further, for example, a water supply pump is disposed in the water supply channel, and the flow rate of the reforming water supplied through the water supply channel is controlled by the water supply pump. Further, for example, an air blower is disposed in the air supply flow path, and the flow rate of air supplied through the air supply flow path is controlled by the air blower.

このような燃料電池では、燃料ガスブロア、水供給ポンプ及び空気ブロアは経時的に性能が変化し、特に長期間にわたって運転すると、燃料ガスブロアによる燃料ガスの供給流量、水供給ポンプによる改質用水の供給流量及び空気ブロアによる空気の供給流量が変動し、燃料電池セルスタックの発電反応に影響を与えるおそれが生じる。   In such a fuel cell, the performance of the fuel gas blower, the water supply pump and the air blower changes over time, and particularly when operated for a long period of time, the supply flow rate of the fuel gas by the fuel gas blower and the supply of reforming water by the water supply pump The flow rate and the air supply flow rate by the air blower fluctuate, which may affect the power generation reaction of the fuel cell stack.

このようなことから、水供給ポンプの経時的性能変化に対応して改質用水の供給流量を制御するようにした燃料電池が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この燃料電池では、改質器に温度検知手段が配設され、この温度検知手段の検知温度が所定の負荷率により定めた所定温度となるように水供給ポンプの電圧(換言すると、水供給ポンプの回転数)を制御し、このように制御することによって、水流量計を用いることなく、水供給ポンプの経時的変化に影響されないように改質用水を供給することができる。   For this reason, a fuel cell has been proposed in which the supply flow rate of reforming water is controlled in response to changes in the performance of the water supply pump over time (for example, see Patent Document 1). In this fuel cell, the reformer is provided with temperature detecting means, and the voltage of the water supply pump (in other words, the water supply pump is set so that the temperature detected by the temperature detecting means becomes a predetermined temperature determined by a predetermined load factor. By controlling the number of rotations of the water supply pump in this way, it is possible to supply the reforming water without using a water flow meter so as not to be affected by the temporal change of the water supply pump.

特開2005−150044号公報JP 2005-150044 A

しかしながら、この公知の燃料電池では、改質用水の供給流量を制御するための水供給ポンプの経時的性能変動を解消することができるが、同様の問題は、燃料ガスの供給流量を制御するための燃料ガスブロアに、また酸化材としての空気の供給流量を制御するための空気ブロアにも存在し、これら燃料ガスブロア及び空気ブロアについての問題は全く解消されていない。   However, in this known fuel cell, it is possible to eliminate fluctuations in performance over time of the water supply pump for controlling the supply flow rate of reforming water, but the same problem is caused by controlling the supply flow rate of fuel gas. The fuel gas blower and the air blower for controlling the supply flow rate of the air as the oxidant also have no problem with the fuel gas blower and the air blower.

例えば、燃料ガスブロアの経時的性能変化によって燃料ガスの供給流量が低下すると、燃料電池セルスタックの発電電力の低下が生じ、この電力低下が大きくなると、燃料電池セルスタックの破損の原因となり、また燃料ガスの供給流量が増大すると、改質器における水蒸気改質が所要の通りに行われず、このようなときにも燃料電池セルスタックの破損の原因となる。   For example, if the fuel gas supply flow rate decreases due to changes in performance of the fuel gas blower over time, the generated power of the fuel cell stack decreases, and if this power decrease increases, the fuel cell stack may be damaged, When the gas supply flow rate is increased, steam reforming in the reformer is not performed as required, and this also causes damage to the fuel cell stack.

また、例えば、空気ブロアの経時的変化によって空気の供給流量が低下すると、燃料電池セルスタックの発電電力が低下し、この電力低下が大きくなると、燃料電池セルスタックの破損の原因となり、また空気の供給流量が増大すると、燃料電池セルスタックの温度が下がり、その発電効率が低下する。   In addition, for example, if the air supply flow rate decreases due to changes in the air blower over time, the generated power of the fuel cell stack decreases, and if this power decrease increases, the fuel cell stack may be damaged, When the supply flow rate increases, the temperature of the fuel cell stack decreases and the power generation efficiency decreases.

本発明の目的は、燃料ガス、改質用水及び空気の供給流量のいずれか二つの供給流量の経時的変化を比較的簡単に検知することができる燃料電池を提供することである。   An object of the present invention is to provide a fuel cell that can relatively easily detect a change with time of any two of the supply flow rates of fuel gas, reforming water, and air.

また、本発明の他の目的は、燃料ガス、改質用水及び空気の供給流量の経時的変化を比較的簡単に検知することができる燃料電池を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a fuel cell that can relatively easily detect a change with time in the supply flow rates of fuel gas, reforming water, and air.

本発明の請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池は、燃料ガス供給源からの燃料ガスを燃料ガス供給流路を通して供給するための燃料ガス供給手段と、改質用水を水供給流路を通して供給するための水供給手段と、前記燃料ガス供給手段からの燃料ガスを前記水供給手段からの改質用水を用いて水蒸気改質するための改質器と、酸化材としての空気を空気供給流路を通して供給するための空気供給手段と、前記改質器にて改質された改質燃料ガス及び前記空気供給手段からの酸化材の酸化及び還元によって発電を行う燃料電池セルを複数個備えた燃料電池セルスタックと、前記燃料電池セルスタックの前記燃料ガス排出側に配設された燃焼室と、前記改質器、前記燃料電池セルスタック及び前記燃焼室を収容するための電池収容ハウジングとを備えた固体酸化物形燃料電池であって、
前記改質器、前記燃料電池セルスタック及び前記燃焼室のいずれか一つ又は二つに関連する二個所の温度測定部位の温度を検出し、前記二個所の温度測定部位の検知温度に基づいて、燃料ガス、改質用水及び空気の供給流量のいずれか二つの供給流量の経時的変化を検知することを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a solid oxide fuel cell comprising a fuel gas supply means for supplying fuel gas from a fuel gas supply source through a fuel gas supply channel, and water for reforming as a water supply channel. Water supply means for supplying through, a reformer for steam reforming the fuel gas from the fuel gas supply means using the reforming water from the water supply means, and air as an oxidant air A plurality of air supply means for supplying through the supply flow path; and a plurality of fuel cells that generate power by oxidation and reduction of the reformed fuel gas reformed by the reformer and the oxidizing material from the air supply means Fuel cell stack provided, combustion chamber disposed on the fuel gas discharge side of the fuel cell stack, battery housing for housing the reformer, the fuel cell stack, and the combustion chamber When A solid oxide fuel cell comprising,
The temperature of two temperature measurement parts related to any one or two of the reformer, the fuel cell stack and the combustion chamber is detected, and based on the detected temperature of the two temperature measurement parts Further, it is characterized in that a change with time of any two of the supply flow rates of the fuel gas, the reforming water and the air is detected.

また、本発明の請求項2に記載の固体酸化物形燃料電池では、前記燃料ガス供給流路には、燃料ガスの供給流量を制御するための燃料ガス流量制御手段が配設され、前記水供給流路には、改質用水の供給流量を制御するための水流量制御手段が設けられ、前記空気供給流路には、空気の供給流量を制御するための空気流量制御手段が設けられ、更に、前記燃料ガス流量制御手段、前記水流量制御手段及び前記空気流量制御手段を制御するための制御手段が設けられており、
前記二個所の温度測定部位の検知温度に基づいて、燃料ガス、改質用水及び空気の供給流量のいずれか二つの供給流量の経時的変化を検知し、前記制御手段は、前記検知した二つの供給流量の経時的変化量に基づいて、前記燃料ガス流量制御手段、前記水流量制御手段及び空気流量制御手段のうち対応する二つを補正制御することを特徴とする。
In the solid oxide fuel cell according to claim 2 of the present invention, a fuel gas flow rate control means for controlling a fuel gas supply flow rate is disposed in the fuel gas supply channel, The supply flow path is provided with water flow rate control means for controlling the supply flow rate of reforming water, and the air supply flow path is provided with air flow rate control means for controlling the supply flow rate of air, Furthermore, a control means for controlling the fuel gas flow rate control means, the water flow rate control means and the air flow rate control means is provided,
Based on the detected temperatures of the two temperature measurement parts, a change in supply flow rate of any two of the supply flow rates of fuel gas, reforming water and air is detected over time, and the control means detects the two detected flow rates. Two of the fuel gas flow rate control means, the water flow rate control means, and the air flow rate control means are corrected and controlled based on the change in supply flow rate over time.

また、本発明の請求項3に記載の固体酸化物形燃料電池は、燃料ガス供給源からの燃料ガスを燃料ガス供給流路を通して供給するための燃料ガス供給手段と、改質用水を水供給流路を通して供給するための水供給手段と、前記燃料ガス供給手段からの燃料ガスを前記水供給手段からの改質用水を用いて水蒸気改質するための改質器と、酸化材としての空気を空気供給流路を通して供給するための空気供給手段と、前記改質器にて改質された改質燃料ガス及び前記空気供給手段からの酸化材の酸化及び還元によって発電を行う燃料電池セルを複数個備えた燃料電池セルスタックと、前記燃料電池セルスタックの前記燃料ガス排出側に配設された燃焼室と、前記改質器、前記燃料電池セルスタック及び前記燃焼室を収容するための電池収容ハウジングとを備えた固体酸化物形燃料電池であって、
前記改質器、前記燃料電池セルスタック及び前記燃焼室のいずれか一つ又は二つ以上に関連する三個所の温度測定部位の温度を検出し、前記三個所の温度測定部位の検知温度に基づいて、燃料ガス、改質用水及び空気の供給流量の経時的変化を検知することを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a solid oxide fuel cell comprising a fuel gas supply means for supplying fuel gas from a fuel gas supply source through a fuel gas supply channel, and water for reforming. Water supply means for supplying through the flow path; a reformer for steam reforming the fuel gas from the fuel gas supply means using the reforming water from the water supply means; and air as an oxidant An air supply means for supplying gas through an air supply flow path, and a fuel cell for generating power by oxidation and reduction of the reformed fuel gas reformed by the reformer and an oxidizing material from the air supply means A plurality of fuel cell stacks, a combustion chamber disposed on the fuel gas discharge side of the fuel cell stack, a battery for housing the reformer, the fuel cell stack, and the combustion chamber Containment housing A solid oxide fuel cell comprising a grayed,
The temperature of three temperature measurement parts related to any one or two or more of the reformer, the fuel cell stack and the combustion chamber is detected, and based on the detected temperature of the three temperature measurement parts Thus, it is characterized in that a change with time in the supply flow rates of fuel gas, reforming water and air is detected.

また、本発明の請求項4に記載の固体酸化物形燃料電池では、前記燃料ガス供給流路には、燃料ガスの供給流量を制御するための燃料ガス流量制御手段が配設され、前記水供給流路には、改質用水の供給流量を制御するための水流量制御手段が設けられ、前記空気供給流路には、空気の供給流量を制御するための空気流量制御手段が設けられ、更に、前記燃料ガス流量制御手段、前記水流量制御手段及び前記空気流量制御手段を制御するための制御手段が設けられており、
前記三個所の温度測定部位の検知温度に基づいて、燃料ガス、改質用水及び空気の供給流量の経時的変化を検知し、前記制御手段は、前記検知した三つの供給流量の経時的変化量に基づいて、前記燃料ガス流量制御手段、前記水流量制御手段及び空気流量制御手段を補正制御することを特徴とする。
Further, in the solid oxide fuel cell according to claim 4 of the present invention, a fuel gas flow rate control means for controlling a supply flow rate of the fuel gas is disposed in the fuel gas supply flow path, and the water The supply flow path is provided with water flow rate control means for controlling the supply flow rate of reforming water, and the air supply flow path is provided with air flow rate control means for controlling the supply flow rate of air, Furthermore, a control means for controlling the fuel gas flow rate control means, the water flow rate control means and the air flow rate control means is provided,
Based on the detected temperatures of the three temperature measurement parts, a change with time of the supply flow rates of the fuel gas, the reforming water and the air is detected, and the control means detects the change with time of the detected three supply flow rates. The fuel gas flow rate control means, the water flow rate control means, and the air flow rate control means are corrected based on the control.

また、本発明の請求項5に記載の固体酸化物形燃料電池では、前記改質器に関連する温度測定部位の温度とは、前記改質器内の温度であり、前記燃料電池セルスタックに関連する温度測定部位の温度とは、前記燃料電池セルスタックの近傍の温度であり、また前記燃焼室に関連する温度測定部位の温度とは、前記燃焼室の温度又は前記燃焼室から排出される排気ガスの排熱を回収するための排熱回収用熱交換器内の温度であることを特徴とする。   Further, in the solid oxide fuel cell according to claim 5 of the present invention, the temperature at the temperature measurement site related to the reformer is the temperature in the reformer, and the fuel cell stack includes The temperature of the relevant temperature measurement site is the temperature in the vicinity of the fuel cell stack, and the temperature of the temperature measurement site related to the combustion chamber is the temperature of the combustion chamber or the exhaust from the combustion chamber. It is the temperature inside the heat exchanger for exhaust heat recovery for recovering exhaust heat of exhaust gas.

また、本発明の請求項6に記載の固体酸化物形燃料電池では、前記燃料電池セルスタックから取り出す出力電流を変化させる通常運転モードと、前記燃料電池セルスタックから取り出す出力電流を所定電流に維持する補正運転モードとに切り換えて運転可能であり、前記補正運転モードの運転において、前記供給流量についての経時的変化を検知することを特徴とする。   In the solid oxide fuel cell according to claim 6 of the present invention, a normal operation mode in which an output current taken out from the fuel cell stack is changed, and an output current taken out from the fuel cell stack is maintained at a predetermined current. It is possible to operate by switching to the correction operation mode to be performed, and in the operation in the correction operation mode, a change with time in the supply flow rate is detected.

また、本発明の請求項7に記載の固体酸化物形燃料電池は、燃料ガス供給源からの燃料ガスを燃料ガス供給流路を通して供給するための燃料ガス供給手段と、改質用水を水供給流路を通して供給するための水供給手段と、前記燃料ガス供給手段からの燃料ガスを前記水供給手段からの改質用水を用いて水蒸気改質するための改質器と、酸化材としての空気を空気供給流路を通して供給するための空気供給手段と、前記改質器にて改質された改質燃料ガス及び前記空気供給手段からの酸化材の酸化及び還元によって発電を行う燃料電池セルを複数個備えた燃料電池セルスタックと、前記燃料電池セルスタックの前記燃料ガス排出側に配設された燃焼室と、前記改質器、前記燃料電池セルスタック及び前記燃焼室を収容するための電池収容ハウジングとを備えた固体酸化物形燃料電池であって、
前記改質器、前記燃料電池セルスタック及び前記燃焼室の少なくともいずれか一つに関連する温度測定部位の温度を検出するとともに、前記燃料電池セルスタックに関連する電圧測定部位の出力電圧を検出し、前記温度測定部位の検知温度及び前記電圧測定部位の検知電圧に基づいて、燃料ガス、改質用水及び空気の供給量の少なくともいずれか二つの経時的変化を検知することを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a solid oxide fuel cell comprising a fuel gas supply means for supplying fuel gas from a fuel gas supply source through a fuel gas supply channel, and water for reforming. Water supply means for supplying through the flow path; a reformer for steam reforming the fuel gas from the fuel gas supply means using the reforming water from the water supply means; and air as an oxidant An air supply means for supplying gas through an air supply flow path, and a fuel cell for generating power by oxidation and reduction of the reformed fuel gas reformed by the reformer and an oxidizing material from the air supply means A plurality of fuel cell stacks, a combustion chamber disposed on the fuel gas discharge side of the fuel cell stack, a battery for housing the reformer, the fuel cell stack, and the combustion chamber Containment housing A solid oxide fuel cell comprising a grayed,
Detecting a temperature of a temperature measurement portion related to at least one of the reformer, the fuel cell stack, and the combustion chamber, and detecting an output voltage of a voltage measurement portion related to the fuel cell stack. A change with time of at least any two of the supply amounts of the fuel gas, the reforming water, and the air is detected based on the detection temperature of the temperature measurement part and the detection voltage of the voltage measurement part.

また、本発明の請求項8に記載の固体酸化物形燃料電池では、前記改質器、前記燃料電池セルスタック及び前記燃焼室のいずれか一つ又は二つに関連する二個所の温度測定部位の温度を検出するとともに、前記燃料電池セルスタックに関連する電圧測定部位の出力電圧を検出し、前記二個所の温度測定部位の検知温度及び前記電圧測定部位の検知電圧に基づいて、燃料ガス、改質用水及び空気の供給流量の経時的変化を検知することを特徴とする。   Moreover, in the solid oxide fuel cell according to claim 8 of the present invention, two temperature measurement sites related to any one or two of the reformer, the fuel cell stack and the combustion chamber. And detecting the output voltage of the voltage measurement part related to the fuel cell stack, and based on the detection temperature of the two temperature measurement parts and the detection voltage of the voltage measurement part, a fuel gas, It is characterized by detecting changes with time in the supply flow rates of the reforming water and air.

また、本発明の請求項9に記載の固体酸化物形燃料電池は、燃料ガス供給源からの燃料ガスを燃料ガス供給流路を通して供給するための燃料ガス供給手段と、改質用水を水供給流路を通して供給するための水供給手段と、前記燃料ガス供給手段からの燃料ガスを前記水供給手段からの改質用水を用いて水蒸気改質するための改質器と、酸化材としての空気を空気供給流路を通して供給するための空気供給手段と、前記改質器にて改質された改質燃料ガス及び前記空気供給手段からの酸化材の酸化及び還元によって発電を行う燃料電池セルを複数個備えた燃料電池セルスタックと、前記燃料電池セルスタックの前記燃料ガス排出側に配設された燃焼室と、前記改質器、前記燃料電池セルスタック及び前記燃焼室を収容するための電池収容ハウジングとを備えた固体酸化物形燃料電池であって、
前記燃料電池セルスタックに関連する少なくとも二個所の電圧測定部位の出力電圧を検出し、前記少なくとも二個所の電圧測定部位の検知電圧に基づいて、燃料ガス、改質用水及び空気の供給量の少なくともいずれか二つの経時的変化を検知することを特徴とする。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a solid oxide fuel cell comprising a fuel gas supply means for supplying fuel gas from a fuel gas supply source through a fuel gas supply channel, and water for reforming. Water supply means for supplying through the flow path; a reformer for steam reforming the fuel gas from the fuel gas supply means using the reforming water from the water supply means; and air as an oxidant An air supply means for supplying gas through an air supply flow path, and a fuel cell for generating power by oxidation and reduction of the reformed fuel gas reformed by the reformer and an oxidizing material from the air supply means A plurality of fuel cell stacks, a combustion chamber disposed on the fuel gas discharge side of the fuel cell stack, a battery for housing the reformer, the fuel cell stack, and the combustion chamber Containment housing A solid oxide fuel cell comprising a grayed,
Detecting output voltages of at least two voltage measurement parts related to the fuel cell stack, and based on the detected voltages of the at least two voltage measurement parts, at least the supply amounts of fuel gas, reforming water and air Any two of the changes over time are detected.

また、本発明の請求項10に記載の固体酸化物形燃料電池では、前記燃料電池セルスタックに関連する二個所の電圧測定部位の出力電圧を検出するとともに、前記改質器、前記燃料電池セルスタック及び前記燃焼室のいずれか一つに関連する温度測定部位の温度を検出し、前記二個所の電圧測定部位の検知電圧及び前記温度測定部位の検知温度に基づいて、燃料ガス、改質用水及び空気の供給流量の経時的変化を検知することを特徴とする。   In the solid oxide fuel cell according to claim 10 of the present invention, the output voltage of two voltage measurement sites related to the fuel cell stack is detected, and the reformer and the fuel cell are detected. Detecting a temperature of a temperature measurement part related to one of the stack and the combustion chamber, and based on the detection voltage of the two voltage measurement parts and the detection temperature of the temperature measurement part, fuel gas, water for reforming And a change with time in the supply flow rate of air is detected.

更に、本発明の請求項11に記載の固体酸化物形燃料電池では、前記燃料電池セルスタックに関連する三個所の電圧測定部位の出力電圧を検出し、前記三個所の電圧測定部位の検知電圧に基づいて、燃料ガス、改質用水及び空気の供給流量の経時的変化を検知することを特徴とする。   Furthermore, in the solid oxide fuel cell according to claim 11 of the present invention, the output voltages of the three voltage measurement parts related to the fuel cell stack are detected, and the detected voltages of the three voltage measurement parts are detected. Based on the above, it is characterized in that a change with time in the supply flow rates of fuel gas, reforming water and air is detected.

本発明の請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池によれば、改質器、燃料電池セルスタック及び燃焼室のいずれか一つ又は二つに関連する二個所の温度測定部位の温度を検出し、これら二個所の温度測定部位の検知温度に基づいて、燃料ガス、改質用水及び空気の供給流量のいずれか二つの供給流量の経時的変化を検知する。燃料ガスの供給流量、改質用水の供給流量及び空気の供給流量が変動すると、改質器における水蒸気改質反応、燃料電池セルスタックにおける燃料電池反応及び燃焼室での燃焼に影響を与え、これによって、改質器、燃料電池セルスタック及び燃焼室に関連する部位の温度が変化する。従って、このような関係を利用して、改質器、燃料電池セルスタック及び燃焼室に関連する二個所の温度測定部位の温度を検出し、これら検知温度を利用して燃料ガス及び改質用水の供給流量の経時的変化(又は改質用水及び空気の供給流量の経時的変化、燃料ガス及び空気の供給流量の経時的変化)を検知することができる。   According to the solid oxide fuel cell of the first aspect of the present invention, the temperature of two temperature measurement sites related to any one or two of the reformer, the fuel cell stack and the combustion chamber is set. Based on the detected temperatures at these two temperature measurement sites, a change with time in any two of the supply flow rates of the fuel gas, the reforming water and the air is detected. Variations in the fuel gas supply flow rate, the reforming water supply flow rate, and the air supply flow rate affect the steam reforming reaction in the reformer, the fuel cell reaction in the fuel cell stack, and the combustion in the combustion chamber. As a result, the temperature of the parts related to the reformer, the fuel cell stack and the combustion chamber changes. Therefore, by utilizing such a relationship, the temperatures of the two temperature measurement sites related to the reformer, the fuel cell stack, and the combustion chamber are detected, and the fuel gas and the reforming water are detected using these detected temperatures. The change in supply flow rate with time (or change in supply flow rate of reforming water and air with time, change in supply flow rate of fuel gas and air with time) can be detected.

また、本発明の請求項2に記載の固体酸化物形燃料電池によれば、上述した二個所の温度測定部位の検知温度に基づいて、燃料ガス及び改質用水(又は改質用水及び空気、燃料ガス及び空気)の供給流量の経時的変化を検知し、制御手段は、検知した燃料ガス及び改質用水(又は改質用水及び空気、燃料ガス及び空気)の供給流量の経時的変化量に基づいて燃料ガス流量制御手段及び水流量制御手段(又は水流量制御手段及び空気流量制御手段、燃料ガス流量制御手段及び空気流量制御手段)を補正制御するので、燃料ガス流量制御手段及び水流量制御手段(又は水流量制御手段及び空気流量制御手段、燃料ガス流量制御手段及び空気流量制御手段)の経時的性能変化に伴う燃料ガス供給流量及び改質用水供給流量(又は改質用水供給流量及び空気供給流量、燃料ガス供給流量及び空気供給流量)の変動が補正され、かくして、これらの性能の経時的変化の影響を受けることなく、燃料ガス及び改質用水(又は改質用水及び空気、燃料ガス及び空気)を供給することができる。   According to the solid oxide fuel cell of the second aspect of the present invention, the fuel gas and the reforming water (or the reforming water and air, based on the detected temperatures at the two temperature measurement sites described above, The control means detects the change with time of the supply flow rate of the fuel gas and reforming water (or the reforming water and air, the fuel gas and air), and detects the change with time of the supply flow rate of the fuel gas and air). Since the fuel gas flow control means and the water flow control means (or the water flow control means and the air flow control means, the fuel gas flow control means and the air flow control means) are corrected based on the control, the fuel gas flow control means and the water flow control are controlled. Means (or water flow control means and air flow control means, fuel gas flow control means and air flow control means), the fuel gas supply flow and the reforming water supply flow (or the reforming water supply flow Variations in the air supply flow rate, the fuel gas supply flow rate and the air supply flow rate) are corrected, and thus the fuel gas and the reforming water (or the reforming water and air, the fuel, and the fuel are not affected by the change in the performance over time. Gas and air).

また、本発明の請求項3に記載の固体酸化物形燃料電池によれば、改質器、燃料電池セルスタック及び燃焼室のいずれか一つ又は二つ以上に関連する三個所の温度測定部位の温度を検出し、これら三個所の温度測定部位の検知温度に基づいて、燃料ガス、改質用水及び空気の供給流量の経時的変化を検知する。燃料ガスの供給流量、改質用水の供給流量及び空気の供給流量が変動すると、上述したように、改質器、燃料電池セルスタック及び燃焼室に関連する部位の温度が変化する。従って、このような関係を利用して、改質器、燃料電池セルスタック及び燃焼室に関連する三個所の温度測定部位の温度を検出し、これら検知温度を利用して燃料ガス、改質用水及び空気の供給流量の経時的変化を検知することができる。   According to the solid oxide fuel cell of the third aspect of the present invention, three temperature measurement sites related to any one or more of the reformer, the fuel cell stack and the combustion chamber. Then, based on the detected temperatures at these three temperature measurement sites, changes over time in the supply flow rates of the fuel gas, the reforming water and the air are detected. When the fuel gas supply flow rate, the reforming water supply flow rate, and the air supply flow rate fluctuate, the temperatures of the portions related to the reformer, the fuel cell stack, and the combustion chamber change as described above. Therefore, using such a relationship, the temperatures of the three temperature measurement sites related to the reformer, the fuel cell stack, and the combustion chamber are detected, and the fuel gas and the reforming water are detected using these detected temperatures. In addition, it is possible to detect a change over time in the air supply flow rate.

また、本発明の請求項4に記載の固体酸化物形燃料電池によれば、上述した三個所の温度測定部位の検知温度に基づいて、燃料ガス、改質用水及び空気の供給流量の経時的変化を検知し、制御手段は、検知した燃料ガス、改質用水及び空気の供給流量の経時的変化量に基づいて燃料ガス流量制御手段、水流量制御手段及び空気流量制御手段を補正制御するので、燃料ガス流量制御手段、水流量制御手段及び空気流量制御手段の経時的性能変化に伴う燃料ガス供給流量、改質用水供給流量及び空気供給流量の変動が補正され、かくして、これら性能の経時的変化の影響を受けることなく、燃料ガス、改質用水及び空気を供給することができる。   According to the solid oxide fuel cell of the fourth aspect of the present invention, the supply flow rates of the fuel gas, the reforming water, and the air are changed over time based on the detected temperatures at the three temperature measurement sites described above. Since the change is detected, the control unit corrects and controls the fuel gas flow rate control unit, the water flow rate control unit, and the air flow rate control unit based on the detected amount of change in the supply flow rate of the fuel gas, reforming water, and air over time. , Fluctuations in the fuel gas supply flow rate, the reforming water supply flow rate and the air supply flow rate associated with changes in performance over time of the fuel gas flow rate control means, the water flow rate control means and the air flow rate control means are corrected. Fuel gas, reforming water, and air can be supplied without being affected by changes.

また、本発明の請求項5に記載の固体酸化物形燃料電池によれば、改質器に関連する温度測定部位の温度とは、改質器内の温度であり、燃料電池セルスタックに関連する温度測定部位の温度とは、燃料電池セルスタックの近傍の温度であり、また燃焼室に関連する温度測定部位の温度とは、燃焼室の温度又は燃焼室から排出される排気ガスの排熱を回収するための排熱回収用熱交換器内の温度であるので、これらの温度測定部位の任意の二つを用いることにより、燃料ガス及び改質用水(又は改質用水及び空気、燃料ガス及び空気)の供給流量の経時的変化を検知することができ、またこれらの測定部位の任意の三つを用いることにより、燃料ガス、改質用水及び空気の供給流量の経時的変化を検知することができる。   In the solid oxide fuel cell according to claim 5 of the present invention, the temperature at the temperature measurement site related to the reformer is the temperature in the reformer and is related to the fuel cell stack. The temperature of the temperature measurement part to be measured is the temperature in the vicinity of the fuel cell stack, and the temperature of the temperature measurement part related to the combustion chamber is the temperature of the combustion chamber or exhaust heat of exhaust gas exhausted from the combustion chamber. Therefore, by using any two of these temperature measurement parts, fuel gas and reforming water (or reforming water and air, fuel gas) are used. And any change in the supply flow rate of fuel gas, reforming water, and air can be detected by using any three of these measurement parts. be able to.

また、本発明の請求項6に記載の固体酸化物形燃料電池によれば、燃料電池セルスタックから取り出す出力電流を所定電流に維持する補正運転モードの運転において、上述した供給流量についての経時的変化を検知するので、上述の供給流量の経時的変化を正確に検知することができる。   According to the solid oxide fuel cell of the sixth aspect of the present invention, in the operation of the correction operation mode in which the output current taken out from the fuel cell stack is maintained at a predetermined current, the above-described supply flow rate over time Since the change is detected, the above-described change with time of the supply flow rate can be accurately detected.

また、本発明の請求項7に記載の固体酸化物形燃料電池によれば、改質器、燃料電池セルスタック及び燃焼室のいずれか一つに関連する温度測定部位の温度を検出するとともに、燃料電池セルスタックに関連する電圧測定部位の出力電圧を検知し、これら温度測定部位の検知温度及び電圧測定部位の検知電圧に基づいて、燃料ガス、改質用水及び空気の供給流量のいずれか二つの供給流量の経時的変化を検知する。燃料ガスの供給流量、改質用水の供給流量及び空気の供給流量が変動すると、改質器における水蒸気改質反応、燃料電池セルスタックにおける燃料電池反応及び燃焼室での燃焼に影響を与え、これによって、改質器、燃料電池セルスタック及び燃焼室に関連する部位の温度が変化するとともに、燃料電池セルスタックに関連する部位の出力電圧が変化する。従って、このような関係を利用して、改質器、燃料電池セルスタック及び燃焼室に関連する温度測定部位の温度を検出し、また燃料電池セルスタックに関連する電圧測定部位の出力電圧を検出し、これら検知温度及び検知電圧を利用して燃料ガス及び改質用水の供給流量の経時的変化(又は改質用水及び空気の供給流量の経時的変化、燃料ガス及び空気の供給流量の経時的変化)を検知することができる。   According to the solid oxide fuel cell of claim 7 of the present invention, while detecting the temperature of the temperature measurement site related to any one of the reformer, the fuel cell stack and the combustion chamber, The output voltage of the voltage measurement part related to the fuel cell stack is detected, and based on the detection temperature of the temperature measurement part and the detection voltage of the voltage measurement part, any one of the supply flow rates of fuel gas, reforming water and air Detect changes in the two supply flow rates over time. Variations in the fuel gas supply flow rate, the reforming water supply flow rate, and the air supply flow rate affect the steam reforming reaction in the reformer, the fuel cell reaction in the fuel cell stack, and the combustion in the combustion chamber. As a result, the temperature of the portion related to the reformer, the fuel cell stack, and the combustion chamber changes, and the output voltage of the portion related to the fuel cell stack changes. Therefore, using such a relationship, the temperature of the temperature measurement part related to the reformer, the fuel cell stack and the combustion chamber is detected, and the output voltage of the voltage measurement part related to the fuel cell stack is detected. By using these detected temperatures and detected voltages, changes in the supply flow rate of fuel gas and reforming water over time (or changes in the supply flow rate of reforming water and air over time, changes in the supply flow rates of fuel gas and air over time) Change) can be detected.

また、本発明の請求項8に記載の固体酸化物形燃料電池によれば、改質器、燃料電池セルスタック及び燃焼室のいずれか一つ又は二つに関連する二個所の温度測定部位の温度を検出するとともに、燃料電池セルスタックに関連する電圧測定部位の出力電圧を検出し、これら二個所の温度測定部位の検知温度及び電圧測定部位の検知電圧に基づいて、燃料ガス、改質用水及び空気の供給流量の経時的変化を検知する。燃料ガスの供給流量、改質用水の供給流量及び空気の供給流量が変動すると、上述したように、改質器、燃料電池セルスタック及び燃焼室に関連する部位の温度が変化するとともに、燃料電池セルスタックに関連する部位の出力電圧が変化する。従って、このような関係を利用して、改質器、燃料電池セルスタック及び燃焼室に関連する二個所の温度測定部位の温度と燃料電池セルスタックに関連する電圧測定部位の出力電圧を検出し、これら検知温度及び検知電圧を利用して燃料ガス、改質用水及び空気の供給流量の経時的変化を検知することができる。   In the solid oxide fuel cell according to claim 8 of the present invention, two temperature measurement sites related to any one or two of the reformer, the fuel cell stack and the combustion chamber are provided. In addition to detecting the temperature, the output voltage of the voltage measurement part related to the fuel cell stack is detected. Based on the detected temperature of the two temperature measurement parts and the detection voltage of the voltage measurement part, the fuel gas, the reforming water In addition, a change with time in the air supply flow rate is detected. When the fuel gas supply flow rate, the reforming water supply flow rate, and the air supply flow rate fluctuate, the temperature of the parts related to the reformer, the fuel cell stack and the combustion chamber changes as described above, and the fuel cell The output voltage of the part related to the cell stack changes. Therefore, using such a relationship, the temperature of the two temperature measurement parts related to the reformer, the fuel cell stack and the combustion chamber and the output voltage of the voltage measurement part related to the fuel cell stack are detected. By using these detected temperatures and detected voltages, it is possible to detect changes over time in the supply flow rates of fuel gas, reforming water and air.

また、本発明の請求項9に記載の固体酸化物形燃料電池によれば、燃料電池セルスタックに関連する少なくとも二個所の電圧測定部位の出力電圧を検出し、これら電圧測定部位の検知電圧に基づいて、燃料ガス、改質用水及び空気の供給流量のいずれか二つの供給流量の経時的変化を検知する。燃料ガスの供給流量、改質用水の供給流量及び空気の供給流量が変動すると、改質器における水蒸気改質反応、燃料電池セルスタックにおける燃料電池反応及び燃焼室での燃焼に影響を与え、これによって、燃料電池セルスタックに関連する部位の出力電圧が変化する。従って、このような関係を利用して、燃料電池セルスタックに関連する少なくとも二個所の電圧測定部位の出力電圧を検出し、これら検知電圧を利用して燃料ガス及び改質用水の供給流量の経時的変化(又は改質用水及び空気の供給流量の経時的変化、燃料ガス及び空気の供給流量の経時的変化)を検知することができる。   In the solid oxide fuel cell according to claim 9 of the present invention, the output voltages of at least two voltage measurement parts related to the fuel cell stack are detected, and the detected voltages of these voltage measurement parts are detected. Based on this, a change with time in any two of the supply flow rates of the fuel gas, the reforming water and the air is detected. Variations in the fuel gas supply flow rate, the reforming water supply flow rate, and the air supply flow rate affect the steam reforming reaction in the reformer, the fuel cell reaction in the fuel cell stack, and the combustion in the combustion chamber. As a result, the output voltage of the portion related to the fuel cell stack changes. Therefore, using such a relationship, output voltages of at least two voltage measurement sites related to the fuel cell stack are detected, and the detected flow voltage is used to determine the supply flow rates of the fuel gas and reforming water over time. Changes (or changes over time in the supply flow rates of reforming water and air, changes over time in the supply flow rates of fuel gas and air) can be detected.

また、本発明の請求項10に記載の固体酸化物形燃料電池によれば、燃料電池セルスタックに関連する二個所の電圧測定部位の出力電圧を検出するとともに、改質器、燃料電池セルスタック及び燃焼室のいずれか一つに関連する温度測定部位の温度を検出し、これら二個所の電圧測定部位の検知電圧及び温度測定部位の検知温度に基づいて、燃料ガス、改質用水及び空気の供給流量の経時的変化を検知する。燃料ガスの供給流量、改質用水の供給流量及び空気の供給流量が変動すると、上述したように、改質器、燃料電池セルスタック及び燃焼室に関連する部位の温度が変化するとともに、燃料電池セルスタックに関連する部位の出力電圧が変化する。従って、このような関係を利用して、燃料電池セルスタックに関連する二個所の電圧測定部位の出力電圧と改質器、燃料電池セルスタック及び燃焼室のいずれか一つに関連する温度測定部位の温度とを検出し、これら検知電圧及び検知温度を利用して燃料ガス、改質用水及び空気の供給流量の経時的変化を検知することができる。   According to the solid oxide fuel cell of the present invention, the output voltage of the two voltage measurement portions related to the fuel cell stack is detected, and the reformer, the fuel cell stack And the temperature of the temperature measurement part related to any one of the combustion chambers, and based on the detection voltage of these two voltage measurement parts and the detection temperature of the temperature measurement part, the fuel gas, the reforming water and the air Detect changes in supply flow over time. When the fuel gas supply flow rate, the reforming water supply flow rate, and the air supply flow rate fluctuate, the temperature of the parts related to the reformer, the fuel cell stack and the combustion chamber changes as described above, and the fuel cell The output voltage of the part related to the cell stack changes. Therefore, using such a relationship, the output voltage of two voltage measurement parts related to the fuel cell stack and the temperature measurement part related to any one of the reformer, the fuel cell stack and the combustion chamber. , And the change with time of the supply flow rates of the fuel gas, the reforming water and the air can be detected using these detection voltages and detection temperatures.

更に、本発明の請求項11に記載の固体酸化物形燃料電池によれば、燃料電池セルスタックに関連する三個所の電圧測定部位の出力電圧を検出し、これら三個所の電圧測定部位の検知電圧に基づいて、燃料ガス、改質用水及び空気の供給流量の経時的変化を検知する。燃料ガスの供給流量、改質用水の供給流量及び空気の供給流量が変動すると、上述したように、燃料電池セルスタックに関連する部位の出力電圧が変化し、この出力電圧の変動の関係を利用して、燃料電池セルスタックに関連する三個所の電圧測定部位の出力電圧を検出し、これら三個所の検知電圧を利用して燃料ガス、改質用水及び空気の供給流量の経時的変化を検知することができる。   Furthermore, according to the solid oxide fuel cell according to claim 11 of the present invention, the output voltages of the three voltage measuring portions related to the fuel cell stack are detected, and the detection of the three voltage measuring portions is detected. Based on the voltage, a change with time in the supply flow rates of the fuel gas, the reforming water and the air is detected. When the fuel gas supply flow rate, the reforming water supply flow rate, and the air supply flow rate fluctuate, the output voltage of the portion related to the fuel cell stack changes as described above, and the relationship between the fluctuations in the output voltage is utilized. Then, the output voltage of the three voltage measurement parts related to the fuel cell stack is detected, and the change with time of the supply flow rate of fuel gas, reforming water and air is detected using the detection voltage of these three parts. can do.

本発明に従う固体酸化物形燃料電池の第1の実施形態を示す概略図。1 is a schematic diagram showing a first embodiment of a solid oxide fuel cell according to the present invention. FIG. 図1の固体酸化物形燃料電池の制御系を示すブロック図。The block diagram which shows the control system of the solid oxide fuel cell of FIG. 図2の制御系による制御の一部を示すフローチャート。The flowchart which shows a part of control by the control system of FIG. 本発明に従う固体酸化物形燃料電池の第2の実施形態を示す概略図。Schematic which shows 2nd Embodiment of the solid oxide fuel cell according to this invention. 図4の固体酸化物形燃料電池の制御系を示すブロック図。The block diagram which shows the control system of the solid oxide fuel cell of FIG. 図5の制御系による制御の一部を示すフローチャート。The flowchart which shows a part of control by the control system of FIG. 本発明に従う固体酸化物形燃料電池の第3の実施形態を示す概略図。Schematic which shows 3rd Embodiment of the solid oxide fuel cell according to this invention. 図7の固体酸化物形燃料電池の制御系を示すブロック図Block diagram showing the control system of the solid oxide fuel cell of FIG. 本発明に従う固体酸化物形燃料電池の第4の実施形態における燃料電池セルスタック及びこれに関連する構成を示す簡略図。The simplified diagram which shows the fuel cell stack in 4th Embodiment of the solid oxide fuel cell according to this invention, and the structure relevant to this. 本発明に従う固体酸化物形燃料電池の第5の実施形態における燃料電池セルスタック及びこれに関連する構成を示す簡略図。The simplified diagram which shows the fuel cell stack in 5th Embodiment of the solid oxide fuel cell according to this invention, and the structure relevant to this.

以下、添付図面を参照して、本発明に従う固体酸化物形燃料電池の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of a solid oxide fuel cell according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

〔第1の実施形態〕
まず、図1〜図3を参照して、固体酸化物形燃料電池の第1の実施形態について説明する。図1は、第1の実施形態の固体酸化物形燃料電池を示す概略図であり、図2は、図1の固体酸化物形燃料電池の制御系を示すブロック図であり、図3は、図2の制御系による制御の一部を示すフローチャートである。
[First Embodiment]
First, a first embodiment of a solid oxide fuel cell will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic diagram showing the solid oxide fuel cell of the first embodiment, FIG. 2 is a block diagram showing a control system of the solid oxide fuel cell of FIG. 1, and FIG. It is a flowchart which shows a part of control by the control system of FIG.

図1において、図示の固体酸化物形燃料電池2は、燃料ガス(例えば、都市ガス、LPガスなど)を消費して発電を行うものであり、改質用水を気化させて水蒸気を生成するための気化器4と、燃料ガスを水蒸気を用いて改質するための改質器6と、改質器6にて改質された改質燃料ガス及び酸化材としての空気の酸化及び還元によって発電を行う固体酸化物形の燃料電池セルスタック8と、を備えている。   In FIG. 1, a solid oxide fuel cell 2 shown in the figure consumes fuel gas (for example, city gas, LP gas, etc.) to generate electric power, and vaporizes reforming water to generate water vapor. The vaporizer 4, the reformer 6 for reforming the fuel gas using steam, the reformed fuel gas reformed by the reformer 6 and the oxidation and reduction of air as the oxidant A solid oxide fuel cell stack 8 for performing

燃料電池セルスタック8は、燃料電池反応によって発電を行うための複数の固体酸化物形の燃料電池セルを集電部材を介して積層して構成されており、図示していないが、酸素イオンを伝導する固体電解質と、この固体電解質の一方側に設けられた燃料極と、固体電解質の他方側に設けられた空気極とを備え、固体電解質として例えばイットリアをドープしたジルコニアが用いられる。   The fuel cell stack 8 is configured by laminating a plurality of solid oxide fuel cells for generating power by a fuel cell reaction via a current collecting member. A zirconia doped with, for example, yttria is used as the solid electrolyte, which includes a conducting solid electrolyte, a fuel electrode provided on one side of the solid electrolyte, and an air electrode provided on the other side of the solid electrolyte.

燃料電池セルスタック8の燃料極の導入側は、改質燃料ガス送給流路10を介して改質器6に接続され、この改質器6は、ガス・水蒸気送給流路12を介して気化器4に接続されている。気化器4は、燃料ガス供給流路14を介して燃料ガスを供給するための燃料ガス供給源16(例えば、埋設管や貯蔵タンクなど)に接続され、この燃料ガス供給流路14にガス流量計18及び燃料ポンプ20が配設されている。燃料ポンプ20は、燃料ガス供給源16からの燃料ガスを気化器4に送給し、ガス流量計18は燃料ガス供給流路14を流れる燃料ガスの供給流量を計測する。尚、燃料ガス供給流路14を気化器4に接続することに代えて、改質器6に直接的に接続するようにしてもよい。   The fuel cell introduction side of the fuel cell stack 8 is connected to the reformer 6 via the reformed fuel gas supply channel 10, and the reformer 6 is connected via the gas / steam supply channel 12. Connected to the vaporizer 4. The vaporizer 4 is connected to a fuel gas supply source 16 (for example, an embedded pipe or a storage tank) for supplying fuel gas via the fuel gas supply flow path 14, and a gas flow rate is supplied to the fuel gas supply flow path 14. A total 18 and a fuel pump 20 are provided. The fuel pump 20 supplies the fuel gas from the fuel gas supply source 16 to the carburetor 4, and the gas flow meter 18 measures the supply flow rate of the fuel gas flowing through the fuel gas supply channel 14. Instead of connecting the fuel gas supply channel 14 to the vaporizer 4, it may be connected directly to the reformer 6.

この実施形態では、燃料ポンプ20は電圧に比例して回転数が変動する形態のものであり、供給される電圧が上がる(又は下がる)と、その回転数が上昇(又は低下)し、燃料ガス供給流路14を通して供給される燃料ガスの供給流量が増大(又は減少)する。従って、この燃料ポンプ20は、燃料ガス供給流路14を通して供給される燃料ガスの供給流量を制御する燃料ガス流量制御手段としても機能し、燃料ガス供給源16、燃料ポンプ20及び燃料ガス供給流路14は、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給手段を構成する。   In this embodiment, the fuel pump 20 has a configuration in which the rotational speed varies in proportion to the voltage. When the supplied voltage increases (or decreases), the rotational speed increases (or decreases), and the fuel gas The supply flow rate of the fuel gas supplied through the supply flow path 14 increases (or decreases). Therefore, the fuel pump 20 also functions as a fuel gas flow rate control means for controlling the supply flow rate of the fuel gas supplied through the fuel gas supply flow path 14, and the fuel gas supply source 16, the fuel pump 20, and the fuel gas supply flow are controlled. The passage 14 constitutes fuel gas supply means for supplying fuel gas.

この気化器4は、水供給流路22を介して水供給源24(例えば、水タンクなど)に接続され、この水供給流路22に水ポンプ26が配設されている。この水ポンプ26は、水供給源24からの改質用水を気化器4に供給する。   The vaporizer 4 is connected to a water supply source 24 (for example, a water tank) via a water supply flow path 22, and a water pump 26 is disposed in the water supply flow path 22. The water pump 26 supplies the reforming water from the water supply source 24 to the vaporizer 4.

この実施形態では、水ポンプ26も、燃料ポンプ20と同様に、電圧に比例して回転数が変動する形態のものであり、供給される電圧が上がる(又は下がる)と、その回転数が上昇(又は低下)し、水供給流路22を通して供給される改質用水の供給流量が増大(又は減少)する。従って、この水ポンプ26は、水供給流路14を通して供給される改質用水の供給流量を制御する水流量制御手段としても機能し、水供給源24、水ポンプ26及び水供給流路22は、改質用水を供給するための水供給手段を構成する。   In this embodiment, similarly to the fuel pump 20, the water pump 26 also has a configuration in which the rotation speed varies in proportion to the voltage. When the supplied voltage increases (or decreases), the rotation speed increases. (Or decreases), and the supply flow rate of the reforming water supplied through the water supply channel 22 increases (or decreases). Accordingly, the water pump 26 also functions as a water flow rate control means for controlling the supply flow rate of the reforming water supplied through the water supply flow path 14, and the water supply source 24, the water pump 26, and the water supply flow path 22 are And water supply means for supplying the reforming water.

このように構成されているので、燃料ガス供給源16からの燃料ガスは、燃料ガス供給流路14を通して気化器4に送給され、この気化器4からガス・水蒸気送給流路12を通して改質器6に送給される。また、水供給源24からの改質用水は、水供給流路22を通して気化器4に送給され、この気化器4において気化されて水蒸気となり、この水蒸気がガス・水蒸気送給流路12を通して改質器6に送給される。改質器6では、燃料ガスが水蒸気により水蒸気改質され、水蒸気改質された改質燃料ガスが改質燃料ガス送給流路10を通して燃料電池セルスタック8の燃料極側に送給される。   With this configuration, the fuel gas from the fuel gas supply source 16 is supplied to the vaporizer 4 through the fuel gas supply flow path 14, and the gas / steam supply flow path 12 is changed from the vaporizer 4. It is sent to the quality device 6. Further, the reforming water from the water supply source 24 is supplied to the vaporizer 4 through the water supply flow path 22, and is vaporized in the vaporizer 4 to become water vapor. This water vapor passes through the gas / water vapor supply flow path 12. It is fed to the reformer 6. In the reformer 6, the fuel gas is steam reformed with steam, and the reformed fuel gas subjected to steam reforming is fed to the fuel electrode side of the fuel cell stack 8 through the reformed fuel gas feed channel 10. .

この燃料電池セルスタック8の空気極の導入側は、空気供給流路28を介して大気に開放されており、かかる空気供給流路28に空気ブロア30及び空気流量計32が配設されている。空気ブロア30は酸化材としての空気を燃料電池セルスタック8の空気極側に送給し、空気流量計32は空気供給流路28を流れる空気の供給流量を計測する。   The air electrode introduction side of the fuel cell stack 8 is open to the atmosphere via an air supply passage 28, and an air blower 30 and an air flow meter 32 are disposed in the air supply passage 28. . The air blower 30 supplies air as an oxidizing material to the air electrode side of the fuel cell stack 8, and the air flow meter 32 measures the supply flow rate of air flowing through the air supply flow path 28.

この実施形態では、空気ブロア30も、燃料ポンプ20及び水ポンプ26と同様に、電圧に比例して回転数が変動する形態のものであり、供給される電圧が上がる(又は下がる)と、その回転数が上昇(又は低下)し、空気供給流路28を通して供給される空気の供給流量が増大(又は減少)する。従って、この空気ブロア30は、空気供給流路28を通して供給される空気の供給流量を制御する空気流量制御手段としても機能し、空気ブロア30及び空気供給流路28は、空気を供給するための空気供給手段を構成する。   In this embodiment, the air blower 30 also has a configuration in which the rotation speed varies in proportion to the voltage, like the fuel pump 20 and the water pump 26, and when the supplied voltage increases (or decreases), The rotational speed increases (or decreases), and the supply flow rate of air supplied through the air supply flow path 28 increases (or decreases). Therefore, the air blower 30 also functions as an air flow rate control means for controlling the supply flow rate of air supplied through the air supply flow path 28, and the air blower 30 and the air supply flow path 28 are used for supplying air. Air supply means is configured.

燃料電池セルスタック8の燃料極及び空気極の排出側には燃焼室34が設けられ、燃料電池セルスタック8の一端から排出された反応燃料ガス(余剰の燃料ガスを含んでいる)と空気極側から排出された空気(酸素を含んでいる)とが、この燃焼室34に送給されて燃焼される。燃焼室34には排気ガス排出流路36が接続され、その排出側は大気に開放され、燃焼室34からの排気ガスが排気ガス排出流路36を通して大気に排出される。   A combustion chamber 34 is provided on the fuel electrode stack 8 on the discharge side of the fuel electrode and the air electrode, and the reaction fuel gas (including surplus fuel gas) discharged from one end of the fuel cell stack 8 and the air electrode Air (containing oxygen) discharged from the side is supplied to the combustion chamber 34 and burned. An exhaust gas discharge passage 36 is connected to the combustion chamber 34, the discharge side thereof is opened to the atmosphere, and the exhaust gas from the combustion chamber 34 is discharged to the atmosphere through the exhaust gas discharge passage 36.

この実施形態では、気化器4、改質器6、燃料電池セルスタック8及び燃焼室34が電池収容ハウジング38に収容されている。図示の電池収容ハウジング38は、金属製(例えば、ステンレス鋼製)のハウジング本体40を備え、この電池ハウジング本体40の内面を覆うように断熱部材(図示せず)が配設され、この断熱部材の内側に高温室42が規定され、気化器4、改質器6及び燃料電池セルスタック8が高温室42内で高温状態に保たれ、高温室42内の熱を利用して、気化器4において改質用水の気化が行われ、また改質器6において燃料ガスの水蒸気改質が行われる。   In this embodiment, the vaporizer 4, the reformer 6, the fuel cell stack 8, and the combustion chamber 34 are accommodated in the battery accommodating housing 38. The illustrated battery housing 38 includes a housing body 40 made of metal (for example, stainless steel), and a heat insulating member (not shown) is disposed so as to cover the inner surface of the battery housing main body 40. A high temperature chamber 42 is defined inside the carburetor 4, the vaporizer 4, the reformer 6, and the fuel cell stack 8 are kept in a high temperature state in the high temperature chamber 42, and the vaporizer 4 is utilized by utilizing the heat in the high temperature chamber 42. The reforming water is vaporized and the reformer 6 performs steam reforming of the fuel gas.

この実施形態では、燃料電池2の排熱が温水として回収されるように構成されている。即ち、燃料電池2に関連して貯湯タンク52が設けられるとともに、排気ガス排出流路36に排熱回収用熱交換器54が配設されている。貯湯タンク52には、排熱回収用熱交換器54を通して延びる循環流路56が設けられ、その一端側は貯湯タンク52の底部に接続され、その他端部は貯湯タンク52の上端部に接続され、この循環流路56に送給ポンプ58が配設されている。   In this embodiment, the exhaust heat of the fuel cell 2 is collected as hot water. That is, a hot water storage tank 52 is provided in association with the fuel cell 2, and a heat exchanger 54 for exhaust heat recovery is disposed in the exhaust gas exhaust passage 36. The hot water storage tank 52 is provided with a circulation channel 56 extending through the heat exchanger 54 for exhaust heat recovery. One end of the hot water storage tank 52 is connected to the bottom of the hot water storage tank 52 and the other end is connected to the upper end of the hot water storage tank 52. A feed pump 58 is disposed in the circulation channel 56.

このように構成されているので、セルスタック8の発電中に送給ポンプ58が作動すると、貯湯タンク52内の水が循環流路56を通して循環され、排熱回収用熱交換器54にて排気ガス排出流路36を流れる排気ガスと循環流路56を流れる水との間で熱交換が行われ、この熱交換により加温された温水が貯湯タンク52に貯えられる。   With this configuration, when the feed pump 58 is activated during the power generation of the cell stack 8, the water in the hot water storage tank 52 is circulated through the circulation channel 56 and is exhausted by the heat exchanger 54 for exhaust heat recovery. Heat exchange is performed between the exhaust gas flowing through the gas discharge passage 36 and the water flowing through the circulation passage 56, and the hot water heated by this heat exchange is stored in the hot water storage tank 52.

この燃料電池2では、燃料ポンプ20及び空気ブロア30の経時的性能変動に対応して燃料ガス及び空気の供給流量が補正制御されるように構成されている。一般的に、燃料電池2においては、燃料ガス供給流路14を通して供給される燃料ガスの供給流量と改質器6の温度及び燃料電池セルスタック8の近傍の温度とは密接な関係があり、また空気供給流路28を通して供給される空気の供給流量と改質器6の温度及び燃料電池セルスタック8の近傍の温度とは密接な関係がある。この密接な関係は、燃料電池の種類、発電電力などによって異なるが、燃料電池2を実際に稼働運転させて計測すると、一例として、表1の関係が実証実験的に得られる。   The fuel cell 2 is configured such that the supply flow rates of the fuel gas and the air are corrected and controlled in response to changes in performance of the fuel pump 20 and the air blower 30 over time. In general, in the fuel cell 2, the supply flow rate of the fuel gas supplied through the fuel gas supply channel 14 is closely related to the temperature of the reformer 6 and the temperature in the vicinity of the fuel cell stack 8. The supply flow rate of the air supplied through the air supply flow path 28 is closely related to the temperature of the reformer 6 and the temperature in the vicinity of the fuel cell stack 8. This close relationship varies depending on the type of fuel cell, generated power, and the like, but when the fuel cell 2 is actually operated and measured, the relationship shown in Table 1 is obtained experimentally as an example.

Figure 2011222478
表1は、燃料電池2の設置初期の運転状態において、最大負荷時で稼働させて出力電流を所定電流(例えば、6A)に維持した電流制限の運転状態において、空気供給流路28を流れる空気の供給流量が1%変動(この場合、増加)する毎に変動する燃料電池セルスタック8の近傍の温度及び改質器6内の温度を示すもので、例えば空気の供給流量が3%上昇すると、燃料電池セルスタック8の近傍温度は所定温度(例えば、650℃)より3.00℃下がり、改質器6内の温度は所定温度(例えば、600℃)より0.60℃下がる。また、この表1は、上述した電流制限の稼働運転状態において、燃料ガス供給流路14を流れる燃料ガスの供給流量が1%変動(この場合、増加)する毎に変動する燃料電池セルスタック8の近傍温度及び改質器6内の温度を示すもので、例えば燃料ガスの供給流量が3%上昇すると、燃料電池セルスタック8の近傍温度は所定温度(例えば、650℃)より12.0℃上がり、改質器6内の温度は所定温度(例えば、600℃)より27.0℃上がる。この表1における「R2値」とは相関係数を示している。
Figure 2011222478
Table 1 shows the air flowing through the air supply passage 28 in the current-limited operation state in which the fuel cell 2 is operated at the maximum load and the output current is maintained at a predetermined current (for example, 6 A) in the initial operation state of the fuel cell 2. This shows the temperature in the vicinity of the fuel cell stack 8 and the temperature in the reformer 6 that fluctuate every time the supply flow rate fluctuates by 1% (in this case, increase). For example, when the air supply flow rate rises by 3% The temperature in the vicinity of the fuel cell stack 8 is lowered by 3.00 ° C. from a predetermined temperature (for example, 650 ° C.), and the temperature in the reformer 6 is decreased by 0.60 ° C. from the predetermined temperature (for example, 600 ° C.). Further, this Table 1 shows that the fuel cell stack 8 changes every time the supply flow rate of the fuel gas flowing through the fuel gas supply passage 14 fluctuates by 1% (in this case, increases) in the above-described current-limited operation state. , And the temperature in the reformer 6, for example, when the fuel gas supply flow rate is increased by 3%, the temperature near the fuel cell stack 8 is 12.0 ° C. from a predetermined temperature (for example, 650 ° C.). The temperature inside the reformer 6 rises by 27.0 ° C. from a predetermined temperature (eg, 600 ° C.). “R2 value” in Table 1 indicates a correlation coefficient.

設置初期の最大負荷運転時の所定出力電流を所定電流に維持した稼働運転状態における改質器6内の温度をT1(℃)、また燃料電池セルスタック8近傍の温度をT2(℃)とし、現時点の同様の稼働運転状態(最大負荷時の所定出力電流での稼働運転)での改質器6内の温度を(t1)℃、燃料電池セルスタック8近傍の温度を(t2)℃とすると、設置初期の温度を基準とする温度変化量は、
改質器6内の温度変化量ΔT1(℃)=T1−t1 ・・・(1)
燃料電池セルスタック8近傍の温度変化量ΔT2(℃)=T2−t2 ・・・(2)
となる。表1の関係を利用するとともに、式(1)及び(2)を用いると、空気の供給流量の乖離量(%)(設置初期の上述した稼働運転状態における供給流量を基準にした乖離量)及び燃料ガスの供給流量の乖離量(%)(設置初期の上述した稼働運転状態における供給流量を基準にした乖離量)は、
空気乖離量X(%)=−1.098ΔT1+0.488ΔT2 ・・・(3)
燃料ガス乖離量Y(%)=0.0244ΔT1+0.122ΔT2 ・・・(4)
となり、改質器6内の温度変化量ΔT1及び燃料電池セルスタック8近傍の温度変化量ΔT2を用いることにより、設置初期の上述した稼働運転状態を基準とした空気供給流量の乖離量X(%)及び燃料ガス供給流量の乖離量Y(%)を演算して求めることが可能となる。
T1 (° C.) is the temperature in the reformer 6 in the operation state where the predetermined output current at the maximum load operation at the initial stage of installation is maintained at the predetermined current, and T 2 (° C.) is the temperature in the vicinity of the fuel cell stack 8. Assuming that the temperature in the reformer 6 is (t1) ° C. and the temperature in the vicinity of the fuel cell stack 8 is (t2) ° C. in the same current operation state (operation operation at a predetermined output current at the maximum load). The amount of temperature change based on the initial temperature is
Temperature change amount ΔT1 (° C.) in the reformer 6 = T1-t1 (1)
Temperature change ΔT2 (° C.) = T2−t2 (2) in the vicinity of the fuel cell stack 8
It becomes. When using the relationship of Table 1 and using the formulas (1) and (2), the deviation amount of the air supply flow rate (%) (deviation amount based on the supply flow rate in the above-mentioned operation state at the initial stage of installation) And the deviation amount (%) of the supply flow rate of fuel gas (deviation amount based on the supply flow rate in the above-mentioned operation state at the initial stage of installation)
Air divergence amount X (%) = − 1.098ΔT1 + 0.488ΔT2 (3)
Fuel gas deviation amount Y (%) = 0.0244ΔT1 + 0.122ΔT2 (4)
Thus, by using the temperature change amount ΔT1 in the reformer 6 and the temperature change amount ΔT2 in the vicinity of the fuel cell stack 8, the air supply flow rate deviation amount X (%) based on the above-described operating operation state in the initial stage of installation. ) And the deviation amount Y (%) of the fuel gas supply flow rate can be obtained by calculation.

上述した関係を利用して燃料ガス及び空気の供給流量を補正するために、更に、次の通りに構成されている。改質器6の温度を検出するために、改質器6内に第1温度検出手段62が配設されている。また、燃料電池セルスタック8近傍の温度を検出するために、高温室42内の燃料電池セルスタック8に近接して第2温度検出手段64が配設されている。   In order to correct the supply flow rates of the fuel gas and air using the above-described relationship, the following configuration is further provided. In order to detect the temperature of the reformer 6, first temperature detection means 62 is disposed in the reformer 6. Further, in order to detect the temperature in the vicinity of the fuel cell stack 8, the second temperature detection means 64 is disposed in the vicinity of the fuel cell stack 8 in the high temperature chamber 42.

この第1及び第2温度検出手段62及び64の検知温度を利用した燃料ガス供給流量及び空気供給流量の補正は、図2に示す制御系により行われる。図1とともに図2を参照して、燃料電池2は、燃料ポンプ20、水ポンプ26及び空気ブロア30などを制御するための制御手段66を更に備え、第1及び第2温度検知手段62,64からの検知信号は制御手段66に送給され、空気流量計32及び燃料流量計18からの検知信号もこの制御手段66に送給される。   Correction of the fuel gas supply flow rate and the air supply flow rate using the detected temperatures of the first and second temperature detection means 62 and 64 is performed by the control system shown in FIG. Referring to FIG. 2 together with FIG. 1, the fuel cell 2 further includes control means 66 for controlling the fuel pump 20, the water pump 26, the air blower 30, and the like, and the first and second temperature detection means 62, 64. Detection signals from the air flow meter 32 and the fuel flow meter 18 are also sent to the control means 66.

制御手段66は、運転切換手段68、温度変化量演算手段70、空気乖離量演算手段72及び燃料乖離量演算手段74を備えている。運転切換手段68は、燃料電池の運転状態を通常運転モードと補正運転モードとに切り換える。通常運転モードの運転とは、燃料電池セルスタック8の出力電力を電力負荷に応じて変動させて出力させる運転モードであって、燃料電池セルスタック8からの発電出力が所定電力となるように制御する(電圧が変動すればそれに伴って電流も変動し、例えば電圧が低下すると、電流は上昇する)モードであり、通常の発電状態の運転時には、この通常運転モードで運転される。また、補正運転モードの運転とは、燃料電池セルスタック8を最大負荷で出力電流を所定電流に維持する運転モードであって、この補正運転モードにおいては、出力電流が一定に維持されるので、燃料ガスの供給流量もこの出力電流となる一定流量に維持され、空気供給流量及び燃料ガス供給流量を補正するときには、この補正運転モードで運転される。   The control unit 66 includes an operation switching unit 68, a temperature change amount calculation unit 70, an air deviation amount calculation unit 72, and a fuel deviation amount calculation unit 74. The operation switching means 68 switches the operation state of the fuel cell between the normal operation mode and the correction operation mode. The operation in the normal operation mode is an operation mode in which the output power of the fuel cell stack 8 is changed in accordance with the power load and output, and the power generation output from the fuel cell stack 8 is controlled to be a predetermined power. (If the voltage fluctuates, the current fluctuates accordingly, for example, the current rises when the voltage drops), and is operated in this normal operation mode when operating in a normal power generation state. Further, the operation in the correction operation mode is an operation mode in which the fuel cell stack 8 is maintained at a predetermined load with a maximum load, and in this correction operation mode, the output current is maintained constant. The supply flow rate of the fuel gas is also maintained at a constant flow rate that is the output current, and when the air supply flow rate and the fuel gas supply flow rate are corrected, the operation is performed in this correction operation mode.

また、温度変化量演算手段70は、設置初期の最大負荷時の所定出力電流での稼働運転状態における改質器6内の温度T1(℃)、また燃料電池セルスタック8近傍の温度T2(℃)を基準に上記式(1)及び(2)を用いて改質器6内の温度変化量ΔT1及び燃料電池セルスタック8近傍の温度変化量ΔT2を演算する。   Further, the temperature change amount calculation means 70 is a temperature T1 (° C.) in the reformer 6 in an operation state at a predetermined output current at the maximum load at the initial stage of installation, and a temperature T2 (° C.) in the vicinity of the fuel cell stack 8. ) Is used to calculate the temperature change amount ΔT1 in the reformer 6 and the temperature change amount ΔT2 in the vicinity of the fuel cell stack 8 using the above formulas (1) and (2).

そして、空気乖離量演算手段72は、温度変化量演算手段70により演算した温度変化量ΔT1及びΔT2に基づき、上記式(3)を用いて空気乖離量X(%)を演算し、また燃料乖離量演算手段74は、上記温度変化量ΔT1及びΔT2に基づき、上記式(4)を用いて燃料乖離量Y(%)を演算する。   The air divergence amount calculating means 72 calculates the air divergence amount X (%) using the above equation (3) based on the temperature change amounts ΔT1 and ΔT2 calculated by the temperature change amount calculating means 70, and the fuel divergence amount. The amount calculation means 74 calculates the fuel divergence amount Y (%) using the above equation (4) based on the temperature change amounts ΔT1 and ΔT2.

この制御手段66は、更に、空気補正量演算手段76、燃料補正量演算手段78、作動制御手段80及びメモリ手段82を含んでいる。空気補正量演算手段76は、演算した空気乖離量X(%)に基づいて空気供給流路28を通して供給される空気の補正量(増加量又は減少量)を演算し、また燃料補正量演算手段78は、演算した燃料乖離量Y(%)に基づいて燃料ガス供給流路14を通して供給される燃料ガスの補正量(増加量又は減少量)を演算する。そして、作動制御手段80は、燃料電池セルスタック8の空気極側に供給される空気の流量が演算した補正量だけ補正されるように空気ブロア30の回転数を制御し、また燃料電池セルスタック8の燃料極側に供給される燃料ガスの流量が演算した補正量だけ補正されるように燃料ポンプ20の回転数を制御する。   The control means 66 further includes an air correction amount calculation means 76, a fuel correction amount calculation means 78, an operation control means 80, and a memory means 82. The air correction amount calculation means 76 calculates the correction amount (increase or decrease) of the air supplied through the air supply flow path 28 based on the calculated air deviation amount X (%), and the fuel correction amount calculation means. 78 calculates the correction amount (increase or decrease) of the fuel gas supplied through the fuel gas supply flow path 14 based on the calculated fuel deviation amount Y (%). The operation control means 80 controls the rotational speed of the air blower 30 so that the flow rate of the air supplied to the air electrode side of the fuel cell stack 8 is corrected by the calculated correction amount, and the fuel cell stack The number of revolutions of the fuel pump 20 is controlled so that the flow rate of the fuel gas supplied to the fuel electrode 8 is corrected by the calculated correction amount.

メモリ手段82には、空気乖離量演算データ(上記式(3)に関する情報)及び燃料乖離量演算データ(上記式(4)に関する情報)が登録されているとともに、空気ブロア制御マップ(駆動電圧と回転数に関するマップ情報)及び燃料ポンプ制御マップ(駆動電圧と回転数に関するマップ情報)などが登録されており、更に設置初期の最大負荷時の所定出力電流での稼働運転状態における改質器6内の温度T1及び燃料電池セルスタック8近傍の温度T2などが記憶される。   In the memory means 82, air divergence amount calculation data (information related to the above equation (3)) and fuel divergence amount calculation data (information related to the above equation (4)) are registered, and an air blower control map (drive voltage and The map information regarding the rotation speed) and the fuel pump control map (map information regarding the driving voltage and the rotation speed) are registered, and the inside of the reformer 6 in the operation operation state at the predetermined output current at the maximum load at the initial stage of installation. And the temperature T2 in the vicinity of the fuel cell stack 8 are stored.

この燃料電池2における空気供給流量及び燃料ガス供給流量の補正制御は、図3に示すフローチャートに沿って行われる。主として図2及び図3を参照して、空気供給流量及び燃料ガス供給流量の補正を行うときには、運転切換手段68によって補正運転モード(最大負荷の出力電流一定のモード)の運転に切り換えられる。このような補正運転モードの運転は、例えば各起動毎に行われ、起動後その補正状態で運転される。   The correction control of the air supply flow rate and the fuel gas supply flow rate in the fuel cell 2 is performed according to the flowchart shown in FIG. Referring mainly to FIG. 2 and FIG. 3, when the air supply flow rate and the fuel gas supply flow rate are corrected, the operation switching means 68 switches to the operation in the correction operation mode (the mode in which the maximum load output current is constant). The operation in such a correction operation mode is performed at each start-up, for example, and is operated in the corrected state after the start-up.

この補正運転モードの運転状態においては、まず、第1温度検知手段62が改質器6の内部温度を検出し、また第2温度検出手段64が燃料電池セルスタック8の近傍温度を検出し(ステップS1)、第1及び第2温度検出手段62,64からの検知信号が制御手段66に送給される。   In the operation state of this correction operation mode, first, the first temperature detection means 62 detects the internal temperature of the reformer 6, and the second temperature detection means 64 detects the temperature in the vicinity of the fuel cell stack 8 ( In step S 1), detection signals from the first and second temperature detection means 62 and 64 are sent to the control means 66.

このようにして温度検出が行われると、温度変化量演算手段70は、第1温度検出手段62の検知温度t1及びメモリ手段82に記憶された設定初期の改質器6の内部温度T1に基づいて、上記式(1)を用いて改質器6の温度変化量ΔT1を演算し(ステップS2)、また第2温度検出手段64の検知温度t2及びメモリ手段82に記憶された設定初期の燃料電池セルスタック8の近傍温度T2に基づいて、上記式(2)を用いて燃料電池セルスタック8の近傍温度ΔT2を演算する(ステップS3)。   When the temperature is detected in this way, the temperature change amount calculating means 70 is based on the detected temperature t1 of the first temperature detecting means 62 and the internal temperature T1 of the reformer 6 at the initial stage of setting stored in the memory means 82. Then, the temperature change amount ΔT1 of the reformer 6 is calculated using the above equation (1) (step S2), the detected temperature t2 of the second temperature detecting means 64 and the initial fuel set in the memory means 82 are stored. Based on the temperature T2 near the battery cell stack 8, the temperature ΔT2 near the fuel cell stack 8 is calculated using the above equation (2) (step S3).

そして、空気乖離量演算手段72は、温度変化量演算手段70により演算された二個所の温度測定個所の温度変化量ΔT1,ΔT2に基づき、上記式(3)を用いて空気乖離量Xを演算し(ステップS4)、また燃料乖離量演算手段74は、これら二個所の温度測定個所の温度変化量ΔT1,ΔT2に基づき、上記式(4)を用いて燃料乖離量Yを演算する(ステップS5)。このようにして、改質器6及び燃料電池セルスタック8に関連する二個所の検出温度を用いて、空気及び燃料ガスの供給流量の経時的な変化量を検知することができる。   The air divergence amount calculating means 72 calculates the air divergence amount X using the above equation (3) based on the temperature change amounts ΔT1 and ΔT2 of the two temperature measurement points calculated by the temperature change amount calculating means 70. Then, the fuel divergence amount calculation means 74 calculates the fuel divergence amount Y using the above equation (4) based on the temperature change amounts ΔT1 and ΔT2 of these two temperature measurement locations (step S5). ). In this way, it is possible to detect a change in the supply flow rate of air and fuel gas over time using the detected temperatures at two locations related to the reformer 6 and the fuel cell stack 8.

その後、この空気乖離量X及び燃料乖離量Yを用いて供給流量の補正が行われる。即ち、空気補正量演算手段76は、この空気乖離量Xに基づいて空気補正量を演算し(ステップS7)、また燃料補正量演算手段78は、燃料乖離量Yに基づいて燃料補正量を演算する(ステップS7)。かくすると、作動制御手段82は、空気乖離量Xに基づき、メモリ手段82に登録された空気ブロア制御マップを用いて空気ブロア30の回転数(具体的には、最大負荷時の所定出力電流での運転状態における回転数)を演算し(ステップS8)、この回転数に基づき燃料電池2の発電出力に対応する空気ブロア30の回転数を設定する。また、作動制御手段82は、燃料乖離量Yに基づき、メモリ手段82に登録された燃料ポンプ制御マップを用いて燃料ポンプ20の回転数(具体的には、最大負荷時の所定出力電流での運転状態における回転数)を演算し(ステップS9)、この回転数に基づき燃料電池2の発電出力に対応する燃料ポンプ20の回転を設定する。   Thereafter, the supply flow rate is corrected using the air deviation amount X and the fuel deviation amount Y. That is, the air correction amount calculating means 76 calculates the air correction amount based on the air deviation amount X (step S7), and the fuel correction amount calculating means 78 calculates the fuel correction amount based on the fuel deviation amount Y. (Step S7). Thus, the operation control means 82 uses the air blower control map registered in the memory means 82 based on the air divergence amount X, and the rotation speed of the air blower 30 (specifically, the predetermined output current at the maximum load). (The number of revolutions in the operation state) is calculated (step S8), and the number of revolutions of the air blower 30 corresponding to the power generation output of the fuel cell 2 is set based on this number of revolutions. Further, the operation control means 82 uses the fuel pump control map registered in the memory means 82 based on the fuel divergence amount Y, so that the rotational speed of the fuel pump 20 (specifically, at a predetermined output current at the maximum load). The number of revolutions in the operating state is calculated (step S9), and the revolution of the fuel pump 20 corresponding to the power generation output of the fuel cell 2 is set based on this revolution number.

そして、制御手段66は、空気乖離量Xに基づいて設定された回転数に基づき空気ブロア30を作動制御し(ステップS10)、また燃料乖離量Yに基づいて設定された回転数に基づき燃料ポンプ20を作動制御し(ステップS11)、このようにして空気及び燃料ガスの供給流量の補正が行われる。   Then, the control means 66 controls the operation of the air blower 30 based on the rotational speed set based on the air deviation amount X (step S10), and the fuel pump based on the rotational speed set based on the fuel deviation amount Y. 20 is controlled (step S11), and the supply flow rates of air and fuel gas are corrected in this way.

この補正が終了した後、運転切換手段66は、運転モードを補正運転モードから通常運転モードに切換え(ステップS12)、燃料電池2は、通常運転モードでもって運転され、空気ブロア30及び燃料ポンプ20は、補正設定された回転数でもって作動制御され、このように運転制御することによって、経時的変化による供給流量の変動を受けることなく、空気及び燃料ガスを燃料電池セルスタック8に供給することができる。   After this correction is completed, the operation switching means 66 switches the operation mode from the correction operation mode to the normal operation mode (step S12), and the fuel cell 2 is operated in the normal operation mode, and the air blower 30 and the fuel pump 20 are operated. Is controlled with the rotational speed set to be corrected, and by controlling the operation in this way, air and fuel gas are supplied to the fuel cell stack 8 without being affected by fluctuations in the supply flow rate due to changes over time. Can do.

この実施形態では、補正運転モードとして最大負荷の所定出力電流の運転状態としているが、このような運転状態に限定されることなく、所定負荷(例えば、定格発電出力の負荷状態など)の発電状態で発電出力電流を所定出力電流に維持した運転状態で行うようにしてもよい。   In this embodiment, the operation state of the predetermined output current of the maximum load is set as the correction operation mode, but the power generation state of the predetermined load (for example, the load state of the rated power generation output) is not limited to such an operation state. Thus, the operation may be performed in an operation state in which the generated output current is maintained at a predetermined output current.

また、この実施形態では、空気ブロア30及び燃料ポンプ20の回転数(換言すると、空気供給手段及び燃料ガス供給手段による空気供給流量及び燃料ガス供給流量)を補正しているが、これに限定されることなく、空気ブロア30及び水ポンプ26の回転数(空気供給手段及び水供給手段による空気供給流量及び水供給流量)を補正するようにしてもよく、或いは燃料ポンプ20及び水ポンプ26の回転数(燃料ガス供給手段及び水供給手段による燃料ガス供給流量及び水供給流量)を補正するようにしてもよい。   Further, in this embodiment, the rotation speeds of the air blower 30 and the fuel pump 20 (in other words, the air supply flow rate and the fuel gas supply flow rate by the air supply unit and the fuel gas supply unit) are corrected. The rotation speeds of the air blower 30 and the water pump 26 (the air supply flow rate and the water supply flow rate by the air supply unit and the water supply unit) may be corrected, or the rotation of the fuel pump 20 and the water pump 26 may be corrected. The number (fuel gas supply flow rate and water supply flow rate by the fuel gas supply unit and the water supply unit) may be corrected.

このことに関し更に説明すると、一般的に、水供給流路22を通して供給される改質用水の供給流量と改質器6の温度及び燃料電池セルスタック8の近傍の温度とも密接な関係があり(この密接な関係については、後述の説明も参照されたい)、従って、改質用水のこのような密接な関係と、空気供給流路28を通して供給される空気の供給流量と改質器6の温度及び燃料電池セルスタック8の近傍の温度との密接な関係を利用することによって、上述したと同様にして、改質器6の内部温度(T1,t1)及び燃料電池セルスタック8の近傍温度(T2,t2)に基づいて水乖離量Z及び空気乖離量Xを検知することができ、そして、水乖離量Z及び空気乖離量Xに基づいて、上述したと同様にして、水ポンプ26及び空気ブロア30の回転数(水供給手段及び空気供給手段による水供給流量及び空気供給流量)を補正設定することができ、このようにすることによって、経時的変化による供給流量の変動を受けることなく、改質用水及び空気を所要の通りに供給することができる。   This will be further explained. Generally, there is a close relationship between the supply flow rate of reforming water supplied through the water supply flow path 22, the temperature of the reformer 6, and the temperature in the vicinity of the fuel cell stack 8 ( For this close relationship, see also the following description.) Therefore, such close relationship of the reforming water, the supply flow rate of the air supplied through the air supply flow path 28, and the temperature of the reformer 6 are as follows. And by using the close relationship with the temperature in the vicinity of the fuel cell stack 8, the internal temperature (T 1, t 1) of the reformer 6 and the temperature in the vicinity of the fuel cell stack 8 ( The water deviation amount Z and the air deviation amount X can be detected based on T2, t2), and the water pump 26 and the air can be detected in the same manner as described above based on the water deviation amount Z and the air deviation amount X. Blower 30 times (The water supply flow rate and the air supply flow rate by the water supply means and the air supply means) can be corrected and set, and in this way, the reforming water and the Air can be supplied as required.

また、上述した改質用水の密接な関係と、燃料ガス供給流路14を通して供給される燃料ガスの供給流量と改質器6の温度及び燃料電池セルスタック8の近傍の温度との密接な関係を利用することによって、上述したと同様にして、改質器6の内部温度(T1,t1)及び燃料電池セルスタック8の近傍温度(T2,t2)に基づいて水乖離量Z及び燃料乖離量Yを検知することができ、そして、水乖離量Z及び燃料乖離量Yに基づいて、上述したと同様にして、水ポンプ26及び燃料ポンプ20の回転数(水供給手段及び燃料ガス供給手段による水供給流量及び燃料ガス供給流量)を補正設定することができ、このようにすることによって、経時的変化による供給流量の変動を受けることなく、改質用水及び燃料ガスを所要の通りに供給することができる。   In addition, the above-described close relationship between the reforming water and the close relationship between the supply flow rate of the fuel gas supplied through the fuel gas supply flow path 14, the temperature of the reformer 6, and the temperature in the vicinity of the fuel cell stack 8. In the same manner as described above, the water deviation amount Z and the fuel deviation amount are based on the internal temperature (T1, t1) of the reformer 6 and the vicinity temperature (T2, t2) of the fuel cell stack 8 in the same manner as described above. Y can be detected, and based on the water deviation amount Z and the fuel deviation amount Y, the rotational speeds of the water pump 26 and the fuel pump 20 (by the water supply means and the fuel gas supply means) in the same manner as described above. Water supply flow rate and fuel gas supply flow rate) can be corrected, and in this way, water for reforming and fuel gas can be supplied as required without being subject to fluctuations in the supply flow rate due to changes over time. It is possible.

〔第2の実施形態〕
次に、図4〜図6を参照して、固体酸化物形燃料電池の第2の実施形態について説明する。図4は、第2の実施形態の固体酸化物形燃料電池を示す概略図であり、図5は、図4の固体酸化物形燃料電池の制御系を示すブロック図であり、図6は、図5の制御系による制御の一部を示すフローチャートである。尚、この第2の実施形態において、上述した第1の実施形態と実質上同一の部材には同一の参照番号を付し、その説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the solid oxide fuel cell will be described with reference to FIGS. 4 is a schematic view showing a solid oxide fuel cell according to the second embodiment, FIG. 5 is a block diagram showing a control system of the solid oxide fuel cell of FIG. 4, and FIG. It is a flowchart which shows a part of control by the control system of FIG. In the second embodiment, substantially the same members as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

この第2の実施形態においては、空気ブロア30、燃料ポンプ20及び水ポンプ26の経時的性能変動に対応して空気、燃料ガス及び改質用水の供給流量が補正制御されるように構成されている。更に、説明すると、一般的に、燃料電池においては、空気供給流路28を通して供給される空気の供給流量と改質器6の内部温度、燃料電池セルスタック8の近傍温度及び燃焼室34の温度とは密接な関係があり、また燃料ガス供給流路14を通して供給される燃料ガスの供給流量と改質器6の温度、燃料電池セルスタック8の近傍温度及び燃焼室34の温度とも密接な関係があり、更に水供給流路22を通して供給される改質用水の供給流量と改質器6の温度、燃料電池セルスタック8の近傍温度及び燃焼室34の温度とも密接な関係がある。この密接な関係は、上述したように、燃料電池の種類、発電電力などによって異なるが、燃料電池を実際に稼働運転させて計測すると、一例として、表2の関係が実証実験的に得られる。   In the second embodiment, the supply flow rates of air, fuel gas, and reforming water are corrected and controlled in response to changes in performance of the air blower 30, fuel pump 20, and water pump 26 over time. Yes. More specifically, in general, in a fuel cell, the supply flow rate of air supplied through the air supply passage 28, the internal temperature of the reformer 6, the temperature in the vicinity of the fuel cell stack 8, and the temperature of the combustion chamber 34. Is closely related to the flow rate of the fuel gas supplied through the fuel gas supply flow path 14, the temperature of the reformer 6, the temperature in the vicinity of the fuel cell stack 8, and the temperature of the combustion chamber 34. Furthermore, there is a close relationship between the supply flow rate of reforming water supplied through the water supply flow path 22, the temperature of the reformer 6, the temperature in the vicinity of the fuel cell stack 8, and the temperature of the combustion chamber 34. As described above, this close relationship varies depending on the type of fuel cell, generated power, and the like. However, when the fuel cell is actually operated and measured, the relationship shown in Table 2 is obtained experimentally as an example.

Figure 2011222478
表2は、燃料電池2Aの設置初期の運転状態において、最大負荷時で稼働させて出力電流を所定電流(例えば、6A)に維持した電流制限の運転状態において、空気供給流路28を流れる空気の供給流量が1%変動(この場合、増加)する毎に変動する燃料電池セルスタック8の近傍温度、改質器6の内部温度及び燃焼室34の温度を示すものである。また、この表2は、上述した電流制限の稼働運転状態において、水供給流路22を流れる改質用水の供給流量が1%変動(この場合、増加)する毎に変動する燃料電池セルスタック8の近傍温度、改質器6の内部温度及び燃焼室34の温度、更には燃料ガス供給流路14を流れる燃料ガスの供給流量が1%変動(この場合、増加)する毎に変動する燃料電池セルスタック8の近傍温度、改質器6の内部温度及び燃焼室34の温度を示している。
Figure 2011222478
Table 2 shows the air flowing through the air supply channel 28 in the current-limited operation state in which the output current is maintained at a predetermined current (for example, 6A) by operating at the maximum load in the operation state at the initial installation of the fuel cell 2A. 4 shows the temperature near the fuel cell stack 8, the internal temperature of the reformer 6, and the temperature of the combustion chamber 34 that fluctuate every time the supply flow rate fluctuates by 1% (in this case, increases). In addition, Table 2 shows that the fuel cell stack 8 that fluctuates every time the reforming water supply flow rate flowing through the water supply passage 22 fluctuates 1% (in this case, increases) in the above-described current-limiting operation state. , The temperature inside the reformer 6, the temperature of the combustion chamber 34, and the fuel gas supply flow rate through the fuel gas supply flow path 14 fluctuates every 1% (in this case, increases). The vicinity temperature of the cell stack 8, the internal temperature of the reformer 6, and the temperature of the combustion chamber 34 are shown.

設置初期の最大負荷運転時の所定出力電流を所定電流に維持した稼働運転状態における改質器6内の温度をT1(℃)、燃料電池セルスタック8近傍の温度をT2(℃)、また燃焼室34の温度をT3(℃)とし、現時点の同様の稼働運転状態での改質器6の内部温度をt1(℃)、燃料電池セルスタック8の近傍温度をt2(℃)、燃焼室34の温度をt3(℃)とすると、設置初期の温度を基準とする温度変化量は、改質器6内の温度変化量ΔT1及び燃料電池セルスタック8近傍の温度変化量ΔT2は、上記式(1)及び(2)となり、また燃焼室34の温度変化量ΔT3は、
燃焼室34の温度変化量ΔT3(℃)=T3−t3 ・・・(5)
となる。表2の関係を利用するとともに、式(1)、(2)及び(5)を用いると、空気の供給流量の乖離量X(%)、燃料ガスの供給流量の乖離量Y(%)及び改質用水の供給流量の乖離量Z(%)は、
空気乖離量X(%)=−2.109ΔT1+0.2284ΔT2+0.5319ΔT3 ・・・(6)
燃料ガス乖離量Y(%)=0.3594ΔT1+0.0361ΔT2+0.1761ΔT3 ・・・(7)
改質用水乖離量Z(%)=0.4688ΔT1−0.1202ΔT2+0.2464ΔT3 ・・・(8)
となり、改質器6内の温度変化量ΔT1、燃料電池セルスタック8近傍の温度変化量ΔT2及び燃焼室34の温度変化量ΔT3を用いることにより、設置初期の上述した稼働運転状態を基準とした空気供給流量の乖離量X(%)、燃料ガス供給流量の乖離量Y(%)及び改質用水の供給流量の乖離量Z(%)を演算して求めることが可能となる。
The temperature in the reformer 6 is T1 (° C.), the temperature in the vicinity of the fuel cell stack 8 is T 2 (° C.), and combustion is performed in the operation state in which the predetermined output current at the maximum load operation at the initial installation is maintained at the predetermined current. The temperature of the chamber 34 is T3 (° C.), the internal temperature of the reformer 6 in the same operation state at the present time is t1 (° C.), the temperature in the vicinity of the fuel cell stack 8 is t2 (° C.), and the combustion chamber 34 Is the temperature change amount ΔT1 in the reformer 6 and the temperature change amount ΔT2 in the vicinity of the fuel cell stack 8 are expressed by the above formula ( 1) and (2), and the temperature change amount ΔT3 of the combustion chamber 34 is
Temperature change amount ΔT3 (° C.) of combustion chamber 34 = T3-t3 (5)
It becomes. Using the relationship of Table 2 and using equations (1), (2), and (5), the deviation amount X (%) of the supply flow rate of air, the deviation amount Y (%) of the supply flow rate of fuel gas, and Deviation amount Z (%) of the supply flow rate of reforming water is
Air divergence amount X (%) = − 2.109ΔT1 + 0.2284ΔT2 + 0.5319ΔT3 (6)
Fuel gas deviation amount Y (%) = 0.3594ΔT1 + 0.0361ΔT2 + 0.1761ΔT3 (7)
Water divergence amount Z (%) for reforming = 0.4688ΔT1−0.1202ΔT2 + 0.2464ΔT3 (8)
By using the temperature change amount ΔT1 in the reformer 6, the temperature change amount ΔT2 in the vicinity of the fuel cell stack 8, and the temperature change amount ΔT3 in the combustion chamber 34, the above-described operation operation state at the initial stage of installation is used as a reference. It is possible to calculate and obtain the deviation amount X (%) of the air supply flow rate, the deviation amount Y (%) of the fuel gas supply flow rate, and the deviation amount Z (%) of the reforming water supply flow rate.

上述した密接な関係を利用して燃料ガス、空気及び改質用水の供給流量を補正するために、第2の実施形態では、次の通りに構成されている。上述した第1の実施形態と同様に、改質器6内に第1温度検出手段62が配設され、燃料電池セルスタック8に近接して第2温度検出手段64が配設され、加えて燃焼室34の温度を検出するために、この燃焼室34に第3温度検出手段92が設けられている。尚、水供給流路22には水流量計94が設けられる。   In order to correct the supply flow rates of fuel gas, air, and reforming water using the close relationship described above, the second embodiment is configured as follows. Similar to the first embodiment described above, the first temperature detecting means 62 is disposed in the reformer 6, the second temperature detecting means 64 is disposed in the vicinity of the fuel cell stack 8, and in addition, In order to detect the temperature of the combustion chamber 34, third temperature detection means 92 is provided in the combustion chamber 34. A water flow meter 94 is provided in the water supply channel 22.

第1〜第3温度検出手段62,64、92の検知温度を利用した燃料ガス供給流量、空気供給流量及び改質用の水供給流量の補正は、図5に示す制御系により行われる。図5を参照して、制御手段66Aは、運転切換手段68、温度変化量演算手段70、空気乖離量演算手段72、燃料乖離量演算手段74、空気補正量演算手段76、燃料補正量演算手段78、作動制御手段80及びメモリ手段82Aに加えて、水乖離量演算手段96及び水補正量演算手段98を含んでいる。   Correction of the fuel gas supply flow rate, the air supply flow rate, and the reforming water supply flow rate using the detected temperatures of the first to third temperature detection means 62, 64, 92 is performed by the control system shown in FIG. Referring to FIG. 5, control means 66A includes operation switching means 68, temperature change amount calculating means 70, air deviation amount calculating means 72, fuel deviation amount calculating means 74, air correction amount calculating means 76, fuel correction amount calculating means. 78, in addition to the operation control means 80 and the memory means 82A, a water deviation amount calculating means 96 and a water correction amount calculating means 98 are included.

この第2の実施形態では、温度変化量演算手段70は、改質器6内の温度変化量ΔT1及び燃料電池セルスタック8近傍の温度変化量ΔT2に加えて、燃焼室34の温度変化量ΔT3を上記式(5)を用いて演算する。また、空気乖離量演算手段72は、温度変化量演算手段70により演算した温度変化量ΔT1、ΔT2及びΔT3に基づき、上記式(6)を用いて空気乖離量X(%)を演算し、燃料乖離量演算手段74は、上記温度変化量ΔT1、ΔT2及びΔT3に基づき、上記式(7)を用いて燃料乖離量Y(%)を演算し、また水乖離量演算手段96は、上記温度変化量ΔT1、ΔT2及びΔT3に基づき,上記式(8)を用いて水乖離量Z(%)を演算する。更に、水補正量演算手段98は、演算した水乖離量Zに基づいて水供給流路22を通して供給される改質用水の補正量(増加量又は減少量)を演算し、作動制御手段80は、空気ブロア30及び燃料ポンプ20の回転数を補正制御するとともに、気化器4に供給される改質用水の流量が演算した補正量だけ補正されるように水ポンプ26の回転数を制御する。更に、メモリ手段82Aには、空気乖離量演算データ(上記式(6)に関する情報)、燃料乖離量演算データ(上記式(7)に関する情報)及び水乖離量演算データ(上記式(8)に関する情報)が登録されているとともに、空気ブロア制御マップ及び燃料ポンプ制御マップに加えて水ポンプ制御マップ(駆動電圧と回転数に関するマップ情報)などが登録され、更に設置初期の最大負荷時の所定出力電流での稼働運転状態における改質器6内の温度T1、燃料電池セルスタック8の近傍温度T2及び燃焼室34の温度T3などが記憶される。第2の実施形態におけるその他の構成は、上述した第1の実施形態と実質上同一である。   In the second embodiment, the temperature change amount calculation means 70 includes the temperature change amount ΔT3 in the combustion chamber 34 in addition to the temperature change amount ΔT1 in the reformer 6 and the temperature change amount ΔT2 in the vicinity of the fuel cell stack 8. Is calculated using the above equation (5). The air divergence amount calculating means 72 calculates the air divergence amount X (%) using the above equation (6) based on the temperature change amounts ΔT1, ΔT2 and ΔT3 calculated by the temperature change amount calculating means 70, and the fuel The deviation amount calculation means 74 calculates the fuel deviation amount Y (%) using the above equation (7) based on the temperature change amounts ΔT1, ΔT2, and ΔT3, and the water deviation amount calculation means 96 calculates the temperature change amount. Based on the amounts ΔT1, ΔT2, and ΔT3, the water deviation amount Z (%) is calculated using the above equation (8). Further, the water correction amount calculation means 98 calculates the correction amount (increase amount or decrease amount) of the reforming water supplied through the water supply passage 22 based on the calculated water deviation amount Z, and the operation control means 80 The rotation speed of the air blower 30 and the fuel pump 20 is corrected and controlled, and the rotation speed of the water pump 26 is controlled so that the flow rate of the reforming water supplied to the vaporizer 4 is corrected by the calculated correction amount. Further, the memory means 82A includes air divergence amount calculation data (information related to the above equation (6)), fuel divergence amount calculation data (information related to the above equation (7)), and water divergence amount calculation data (related to the above equation (8)). In addition to the air blower control map and fuel pump control map, a water pump control map (map information related to drive voltage and rotation speed) is registered, and moreover, a predetermined output at the maximum load at the initial stage of installation The temperature T1 in the reformer 6 in the operation operation state with current, the temperature T2 in the vicinity of the fuel cell stack 8, the temperature T3 in the combustion chamber 34, and the like are stored. Other configurations in the second embodiment are substantially the same as those in the first embodiment described above.

この燃料電池2Aにおける空気供給流量、燃料ガス供給流量及び水供給流量の補正制御は、図6に示すフローチャートに沿って行われる。主として図5及び図6を参照して、空気供給流量、燃料ガス供給流量及び水供給流量の補正を行うときには、運転切換手段68によって補正運転モードの運転に切り換えられ、この補正運モードの運転制御は、上述したと略同様に行われる。   The correction control of the air supply flow rate, the fuel gas supply flow rate, and the water supply flow rate in the fuel cell 2A is performed according to the flowchart shown in FIG. Referring mainly to FIGS. 5 and 6, when the air supply flow rate, the fuel gas supply flow rate, and the water supply flow rate are corrected, the operation switching means 68 switches to the operation of the correction operation mode, and the operation control of the correction operation mode is performed. Is performed in substantially the same manner as described above.

ます、第1温度検知手段62が改質器6の内部温度を検出し、第2温度検出手段64が燃料電池セルスタック8の近傍温度を検出し、また第3温度検出手段92が燃焼室34の温度を検出する(ステップS21)、第1〜第3温度検出手段62,64,92からの検知信号が制御手段66Aに送給される。   First, the first temperature detecting means 62 detects the internal temperature of the reformer 6, the second temperature detecting means 64 detects the vicinity of the fuel cell stack 8, and the third temperature detecting means 92 is the combustion chamber 34. (Step S21), detection signals from the first to third temperature detection means 62, 64, and 92 are sent to the control means 66A.

このようにして温度検出が行われると、温度変化量演算手段70は、上述したと同様にして改質器6の温度変化量ΔT1を演算し(ステップS22)、また燃料電池セルスタック8近傍の温度変化量ΔT2を演算し(ステップS23)、更に第3温度検出手段92の検知温度t3及びメモリ手段82Aに記憶された設定初期の燃料電池セルスタック8の近傍温度T3に基づいて、上記式(5)を用いて燃焼室34の温度変化量ΔT3を演算する(ステップS24)。   When the temperature is detected in this manner, the temperature change amount calculation means 70 calculates the temperature change amount ΔT1 of the reformer 6 in the same manner as described above (step S22), and also near the fuel cell stack 8 The temperature change amount ΔT2 is calculated (step S23), and further, based on the detected temperature t3 of the third temperature detecting means 92 and the vicinity temperature T3 of the fuel cell stack 8 at the initial stage of setting stored in the memory means 82A, the above formula ( 5) is used to calculate the temperature change amount ΔT3 of the combustion chamber 34 (step S24).

そして、空気乖離量演算手段72は、温度変化量演算手段70により演算された三個所の温度測定個所の温度変化量ΔT1,ΔT2,ΔT3に基づき、上記式(6)を用いて空気乖離量Xを演算し(ステップS25)、燃料乖離量演算手段74は、これら三個所の温度測定個所の温度変化量ΔT1,ΔT2,ΔT3に基づき、上記式(7)を用いて燃料乖離量Yを演算し(ステップS26)、水乖離量演算手段96は、これら三個所の温度測定個所の温度変化量ΔT1,ΔT2,ΔT3に基づき、上記式(8)を用いて水乖離量Zを演算する(ステップS27)。このようにして、改質器6、燃料電池セルスタック8及び燃焼室34に関連する三個所の検出温度を用いて、空気、燃料ガス及び改質用水の経時的な変化量を検知することができる。   Then, the air divergence amount calculation means 72 uses the above equation (6) based on the temperature change amounts ΔT1, ΔT2, and ΔT3 of the three temperature measurement points calculated by the temperature change amount calculation means 70, and uses the above equation (6). (Step S25), the fuel divergence amount calculating means 74 calculates the fuel divergence amount Y using the above equation (7) based on the temperature change amounts ΔT1, ΔT2, and ΔT3 of these three temperature measurement locations. (Step S26), the water divergence amount calculating means 96 calculates the water divergence amount Z using the above equation (8) based on the temperature change amounts ΔT1, ΔT2, and ΔT3 of these three temperature measurement locations (Step S27). ). In this way, it is possible to detect changes over time in the air, fuel gas, and reforming water using the detected temperatures at the three locations related to the reformer 6, the fuel cell stack 8, and the combustion chamber 34. it can.

その後、この空気乖離量X、燃料乖離量Y及び水乖離量Zを用いて供給流量の補正が行われる。即ち、空気補正量演算手段76は、この空気乖離量Xに基づいて空気補正量を演算し(ステップS28)、燃料補正量演算手段78は、燃料乖離量Yに基づいて燃料補正量を演算し(ステップS29)、また水補正量演算手段98は、水乖離量Zに基づいて水補正量を演算する(ステップS30)。かくすると、作動制御手段82は、上述したと同様にして、空気ブロア30の回転数を演算し(ステップS31)、この回転数に基づき燃料電池2Aの発電出力に対応する空気ブロア30の回転数を設定し、また燃料ポンプ20の回転数を演算し(ステップS32)、この回転数に基づき燃料電池2Aの発電出力に対応する燃料ポンプ20の回転数を設定する。また、作動制御手段82は、水乖離量Zに基づき、メモリ手段82Aに登録された水ポンプ制御マップを用いて水ポンプ26の回転数(具体的には、最大負荷時の所定出力電流での運転状態における回転数)を演算し(ステップS33)、この回転数に基づき燃料電池2Aの発電出力に対応する水ポンプ26の回転を設定する。   Thereafter, the supply flow rate is corrected using the air deviation amount X, the fuel deviation amount Y, and the water deviation amount Z. That is, the air correction amount calculation means 76 calculates the air correction amount based on the air deviation amount X (step S28), and the fuel correction amount calculation means 78 calculates the fuel correction amount based on the fuel deviation amount Y. (Step S29) The water correction amount calculation means 98 calculates a water correction amount based on the water deviation amount Z (Step S30). Thus, the operation control means 82 calculates the rotational speed of the air blower 30 in the same manner as described above (step S31), and based on this rotational speed, the rotational speed of the air blower 30 corresponding to the power generation output of the fuel cell 2A. And the rotational speed of the fuel pump 20 is calculated (step S32), and based on this rotational speed, the rotational speed of the fuel pump 20 corresponding to the power generation output of the fuel cell 2A is set. Further, the operation control means 82 uses the water pump control map registered in the memory means 82A based on the water deviation amount Z, and the rotation speed of the water pump 26 (specifically, at a predetermined output current at the maximum load). The number of revolutions in the operating state is calculated (step S33), and the rotation of the water pump 26 corresponding to the power generation output of the fuel cell 2A is set based on this number of revolutions.

そして、制御手段66Aは、水乖離量Xに基づいて設定された回転数に基づき空気ブロア30を作動制御し(ステップS34)、燃料乖離量Yに基づいて設定された回転数に基づき燃料ポンプ20を作動制御し(ステップS35)、また水乖離量Zに基づいて設定された回転数に基づき水ポンプ26を作動制御し(ステップS36)、このようにして空気、燃料ガス及び改質用水の供給流量の補正が行われる。   Then, the control means 66A controls the operation of the air blower 30 based on the rotational speed set based on the water deviation amount X (step S34), and the fuel pump 20 based on the rotational speed set based on the fuel deviation amount Y. Is controlled (step S35), and the water pump 26 is controlled based on the rotational speed set based on the water deviation amount Z (step S36). In this way, supply of air, fuel gas, and reforming water is performed. The flow rate is corrected.

この補正が終了した後は、上述した実施形態と同様に、運転切換手段66は、運転モードを補正運転モードから通常運転モードに切換え(ステップS37)、燃料電池2Aは、通常運転モードでもって運転され、空気ブロア30、燃料ポンプ20及び水ポンプ26は、補正された回転数条件でもって作動制御され、このように運転することによって、経時的変化による供給流量の変動を受けることなく、空気、燃料ガス及び改質用水を所要の通りに供給することができる。   After this correction is completed, the operation switching means 66 switches the operation mode from the correction operation mode to the normal operation mode (step S37), and the fuel cell 2A operates in the normal operation mode, as in the above-described embodiment. The air blower 30, the fuel pump 20 and the water pump 26 are controlled to operate with the corrected rotational speed conditions. By operating in this way, the air, Fuel gas and reforming water can be supplied as required.

この第2の実施形態においても、所定負荷(例えば、定格発電出力の負荷状態)の発電状態で発電出力電流を所定出力電流に維持した運転状態で行うようにすることもできる。   Also in the second embodiment, the power generation output current may be maintained in a predetermined output current in a power generation state of a predetermined load (for example, a load state of a rated power generation output).

例えば、上述した実施形態では、空気流量の供給量、燃料ガスの供給流量及び水供給流量の変動と密接な関係のある温度の測定部位として改質器6(その内部)、燃料電池セルスタック8の近傍及び燃焼室34を選択しているが、これらの温度測定部位の一つに代えて、燃焼室34に関連する排熱回収用熱交換器54(その内部)を選択してもよい。また、改質器6、燃料電池セルスタック8及び燃焼室34に関連する温度測定部位として、上述した実施形態では、改質器6、燃料電池セルスタック8及び燃焼室34についてそれぞれ一個所としているが、改質器6、燃料電池セルスタック8及び燃焼室34のいずれか一つについて二個所とすることができ、場合により、改質器6、燃料電池セルスタック8及び燃焼室34のいずれか一つについて三個所とすることもできる。   For example, in the above-described embodiment, the reformer 6 (inside thereof), the fuel cell stack 8 as the temperature measurement part closely related to the fluctuation of the air flow rate, the fuel gas flow rate, and the water supply flow rate. However, instead of one of these temperature measurement parts, an exhaust heat recovery heat exchanger 54 (inside) associated with the combustion chamber 34 may be selected. In the above-described embodiment, the reformer 6, the fuel cell stack 8, and the combustion chamber 34 are each provided as one location for measuring the temperature related to the reformer 6, the fuel cell stack 8, and the combustion chamber 34. However, there may be two locations for any one of the reformer 6, the fuel cell stack 8 and the combustion chamber 34, and depending on the case, any one of the reformer 6, the fuel cell stack 8 and the combustion chamber 34 may be used. There can be three places for one.

上述した実施形態では、改質器6、燃料電池セルスタック8及び燃焼室34に関連する温度測定部位の温度を利用しているが、このような温度測定部位の温度の一つ又は二つ、或いは全てを利用することに代えて、燃料電池セルスタック8に関連する電圧測定部位の出力電圧を利用するようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the temperature of the temperature measurement portion related to the reformer 6, the fuel cell stack 8, and the combustion chamber 34 is used. Alternatively, instead of using all of them, the output voltage of the voltage measurement portion related to the fuel cell stack 8 may be used.

〔第3の実施形態〕
次に、図7及び図8を参照して、第3の実施形態の固体酸化物形燃料電池について説明する。図7は、第3の実施形態の固体酸化物形燃料電池を示す概略図であり、図8は、図4の固体酸化物形燃料電池の制御系を示すブロック図である。尚、以下の実施形態においても、第1の実施形態と実質上同一の部材には同一の参照番号を付し、その説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, with reference to FIG.7 and FIG.8, the solid oxide fuel cell of 3rd Embodiment is demonstrated. FIG. 7 is a schematic view showing a solid oxide fuel cell according to the third embodiment, and FIG. 8 is a block diagram showing a control system of the solid oxide fuel cell of FIG. In the following embodiments, members substantially the same as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図7及び図8において、この第3の実施形態においては、空気ブロア30及び燃料ポンプ20の経時的性能変動に対応して空気及び燃料ガスの供給流量が補正制御されるように構成されている。更に、説明すると、燃料電池においては、上述したように、空気供給流路28を通して供給される空気の供給流量と改質器6の内部温度、燃料電池セルスタック8の近傍温度及び燃焼室34の温度に加えて燃料電池セルスタック8の出力電圧とは密接な関係があり、また燃料ガス供給流路14を通して供給される燃料ガスの供給流量と改質器6の温度、燃料電池セルスタック8の近傍温度及び燃焼室34の温度に加えて燃料電池セルスタック8の出力電圧とも密接な関係があり、更に水供給流路22を通して供給される改質用水の供給流量と改質器6の温度、燃料電池セルスタック8の近傍温度及び燃焼室34の温度に加えて燃料電池セルスタック8の出力電圧とも密接な関係がある。この密接な関係は、上述したように、燃料電池の種類、発電電力などによって異なるが、燃料電池を実際に稼働運転させて計測すると、一例として、表3の関係が実証実験的に得られる。   7 and 8, the third embodiment is configured such that the supply flow rates of air and fuel gas are corrected and controlled in response to changes in the performance of the air blower 30 and the fuel pump 20 over time. . Further, to explain, in the fuel cell, as described above, the supply flow rate of the air supplied through the air supply passage 28, the internal temperature of the reformer 6, the temperature in the vicinity of the fuel cell stack 8, and the combustion chamber 34 In addition to the temperature, there is a close relationship with the output voltage of the fuel cell stack 8, the supply flow rate of the fuel gas supplied through the fuel gas supply channel 14, the temperature of the reformer 6, In addition to the vicinity temperature and the temperature of the combustion chamber 34, there is also a close relationship with the output voltage of the fuel cell stack 8, and the supply flow rate of reforming water supplied through the water supply passage 22 and the temperature of the reformer 6, In addition to the temperature near the fuel cell stack 8 and the temperature of the combustion chamber 34, there is a close relationship with the output voltage of the fuel cell stack 8. As described above, this close relationship varies depending on the type of fuel cell, generated power, and the like. However, when the fuel cell is actually operated and measured, the relationship shown in Table 3 is obtained experimentally as an example.

この第3の実施形態においては、これらの関係のうち燃料電池セルスタック8の近傍温度と燃料電池セルスタック8の出力電圧を利用している。   In the third embodiment, the temperature in the vicinity of the fuel cell stack 8 and the output voltage of the fuel cell stack 8 among these relationships are used.

Figure 2011222478
表3は、燃料電池2Bの設置初期の運転状態において、最大負荷時で稼働させて出力電流を所定電流(例えば、6A)に維持した電流制限の運転状態において、空気供給流路28を流れる空気の供給流量が1%変動(この場合、増加)する毎に変動する燃料電池セルスタック8の近傍温度及び燃料電池セルスタック8の出力電圧を示すものである。また、この表3は、上述した電流制限の稼働運転状態において、水供給流路22を流れる改質用水の供給流量が1%変動(この場合、増加)する毎に変動する燃料電池セルスタック8の近傍温度及び燃料電池セルスタック8の出力電圧を示している。
Figure 2011222478
Table 3 shows the air flowing through the air supply passage 28 in the current-limited operation state in which the output current is maintained at a predetermined current (for example, 6A) by operating at the maximum load in the operation state at the initial installation of the fuel cell 2B. This shows the temperature near the fuel cell stack 8 and the output voltage of the fuel cell stack 8 that fluctuate every time the supply flow rate fluctuates by 1% (in this case, increases). Further, this Table 3 shows that the fuel cell stack 8 that fluctuates every time the reforming water supply flow rate flowing through the water supply passage 22 fluctuates 1% (in this case, increases) in the above-described current-limiting operation state. And the output voltage of the fuel cell stack 8 are shown.

設置初期の最大負荷運転時の所定出力電流を所定電流に維持した稼働運転状態における燃料電池セルスタック8近傍の温度をT2(℃)、また燃料電池セルスタック8の出力電圧をV(V)とし、現時点の同様の稼働運転状態での燃料電池セルスタック8の近傍温度をt2(℃)、また燃料電池セルスタック8の出力電圧をv(V)とすると、設置初期の温度を基準とする燃料電池セルスタック8近傍の温度変化量ΔT2は、上記式(2)となり、また燃料電池セルスタック8の出力電圧変化量ΔVは、
燃料電池セルスタック8の出力電圧変化量ΔV(V)=V−v ・・・(9)
となる。表3の関係を利用するとともに、式(2)及び(9)を用いると、空気の供給流量の乖離量X(%)、水の供給流量の乖離量Z(%)は、
空気乖離量X(%)=ΔV−3.00ΔT2 ・・・(10)
水乖離量Z(%)=−2.50ΔV+2.50ΔT2 ・・・(11)
となり、燃料電池セルスタック8近傍の温度変化量ΔT2及び燃料電池セルスタック8の出力電圧変化量ΔVを用いることにより、設置初期の上述した稼働運転状態を基準とした空気供給流量の乖離量X(%)及び改質用水の供給流量の乖離量Z(%)を演算して求めることが可能となる。
The temperature in the vicinity of the fuel cell stack 8 in the operation state in which the predetermined output current during the maximum load operation at the initial stage of installation is maintained at the predetermined current is T2 (° C.), and the output voltage of the fuel cell stack 8 is V (V). When the temperature near the fuel cell stack 8 in the same operation state at the present time is t2 (° C.) and the output voltage of the fuel cell stack 8 is v (V), the fuel is based on the initial temperature. The temperature change amount ΔT2 in the vicinity of the battery cell stack 8 is the above equation (2), and the output voltage change amount ΔV of the fuel cell stack 8 is
Output voltage change amount ΔV (V) = V−v (9) of the fuel cell stack 8
It becomes. Using the relationship of Table 3 and using equations (2) and (9), the deviation amount X (%) of the air supply flow rate and the deviation amount Z (%) of the water supply flow rate are:
Air deviation amount X (%) = ΔV−3.00ΔT2 (10)
Water deviation amount Z (%) = − 2.50ΔV + 2.50ΔT2 (11)
Thus, by using the temperature change amount ΔT2 in the vicinity of the fuel cell stack 8 and the output voltage change amount ΔV of the fuel cell stack 8, the air supply flow rate deviation amount X ( %) And the deviation amount Z (%) of the supply flow rate of the reforming water can be obtained by calculation.

上述した密接な関係を利用して空気及び改質用水の供給流量を補正するために、第3の実施形態では、次の通りに構成されている。燃料電池セルスタック8に近接して温度検出手段64が配設され、更に燃料電池セルスタック8の出力電圧を検出するための電圧検出手段102が設けられる。この電圧検出手段102は、燃料電池セルスタック8の発電出力ライン104に配設され、燃料電池セルスタック8からの出力電圧を検出する。尚、水供給流路22には水流量計94が設けられる。   In order to correct the supply flow rates of air and reforming water using the close relationship described above, the third embodiment is configured as follows. A temperature detection unit 64 is disposed in the vicinity of the fuel cell stack 8, and a voltage detection unit 102 for detecting the output voltage of the fuel cell stack 8 is further provided. This voltage detection means 102 is disposed in the power generation output line 104 of the fuel cell stack 8 and detects the output voltage from the fuel cell stack 8. A water flow meter 94 is provided in the water supply channel 22.

温度検出手段64の検知温度及び電圧検出手段102の検知電圧を利用した空気供給流量及び改質用の水供給流量の補正は、図8に示す制御系により行われる。図8を参照して、制御手段66Bは、運転切換手段68、温度変化量演算手段70、空気乖離量演算手段72、空気補正量演算手段76、作動制御手段80及びメモリ手段82Bを備えるとともに、電圧変化量演算手段106、水乖離量演算手段96及び水補正量演算手段98を含んでいる。   Correction of the air supply flow rate and the reforming water supply flow rate using the detection temperature of the temperature detection means 64 and the detection voltage of the voltage detection means 102 is performed by the control system shown in FIG. Referring to FIG. 8, the control means 66B includes an operation switching means 68, a temperature change amount calculation means 70, an air deviation amount calculation means 72, an air correction amount calculation means 76, an operation control means 80, and a memory means 82B. Voltage change amount calculation means 106, water deviation amount calculation means 96, and water correction amount calculation means 98 are included.

この第3の実施形態における電圧変化量演算手段106は、燃料電池セルスタック8の出力電圧の変化量ΔVを上記式(9)を用いて演算する。また、空気乖離量演算手段72は、温度変化量演算手段70により演算した温度変化量ΔT2及び電圧変化量演算手段106により演算した出力電圧変化量ΔVに基づき、上記式(10)を用いて空気乖離量X(%)を演算し、また水乖離量演算手段96は、上記温度変化量ΔT2及び出力電圧変化量ΔVに基づき,上記式(11)を用いて水乖離量Z(%)を演算する。更に、水補正量演算手段98は、演算した水乖離量Zに基づいて水供給流路22を通して供給される改質用水の補正量(増加量又は減少量)を演算し、作動制御手段80は、空気ブロア30及び水ポンプ26の回転数を補正制御する。このことに関連して、メモリ手段82Bには、空気乖離量演算データ(上記式(10)に関する情報)及び水乖離量演算データ(上記式(11)に関する情報)が登録されているとともに、空気ブロア制御マップ及び水ポンプ制御マップなどが登録され、更に設置初期の最大負荷時の所定出力電流での稼働運転状態における燃料電池セルスタック8の近傍温度T2及び燃料電池セルスタック8の出力電圧Vなどが記憶される。第3の実施形態におけるその他の構成は、上述した第1の実施形態と実質上同一である。   The voltage change amount calculation means 106 in the third embodiment calculates the change amount ΔV of the output voltage of the fuel cell stack 8 using the above equation (9). Further, the air divergence amount calculating means 72 uses the above equation (10) based on the temperature change amount ΔT2 calculated by the temperature change amount calculating means 70 and the output voltage change amount ΔV calculated by the voltage change amount calculating means 106. The water divergence amount X (%) is calculated, and the water divergence amount calculation means 96 calculates the water divergence amount Z (%) using the above equation (11) based on the temperature change amount ΔT2 and the output voltage change amount ΔV. To do. Further, the water correction amount calculation means 98 calculates the correction amount (increase amount or decrease amount) of the reforming water supplied through the water supply passage 22 based on the calculated water deviation amount Z, and the operation control means 80 The rotational speeds of the air blower 30 and the water pump 26 are corrected and controlled. In this regard, the memory means 82B stores air divergence amount calculation data (information related to the above equation (10)) and water divergence amount calculation data (information related to the above equation (11)), as well as air. A blower control map, a water pump control map, and the like are registered, and the temperature T2 in the vicinity of the fuel cell stack 8 and the output voltage V of the fuel cell stack 8 in an operation state with a predetermined output current at the maximum load at the initial stage of installation. Is memorized. Other configurations in the third embodiment are substantially the same as those in the first embodiment described above.

この燃料電池2Bにおける空気供給流量及び水供給流量の補正制御を概説すると、次の通りである。即ち、温度検知手段64及び電圧検出手段102からの検知信号が制御手段66Bに送給され、温度変化量演算手段70は、上述したと同様にして燃料電池セルスタック8近傍の温度変化量ΔT2を演算し、電圧変化量演算手段106は、燃料電池セルスタック8の出力電圧の電圧変量ΔVを演算する。   An outline of correction control of the air supply flow rate and the water supply flow rate in the fuel cell 2B is as follows. That is, detection signals from the temperature detection means 64 and the voltage detection means 102 are sent to the control means 66B, and the temperature change amount calculation means 70 calculates the temperature change amount ΔT2 near the fuel cell stack 8 in the same manner as described above. The voltage variation calculation means 106 calculates the voltage variation ΔV of the output voltage of the fuel cell stack 8.

そして、空気乖離量演算手段72は、温度変化量演算手段70による温度変化量ΔT2及び電圧変化量演算手段106による電圧変化量ΔVに基づき、上記式(10)を用いて空気乖離量Xを演算し、また水乖離量演算手段96は、上記温度変化量ΔT2及び上記電圧変化量ΔVに基づき、上記式(11)を用いて水乖離量Zを演算する。このようにして、燃料電池セルスタック8に関連する検出温度及び燃料電池セルスタック8に関連する検出出力電圧を用いて、空気及び改質用水の経時的な変化量を検知することができる。   The air divergence amount calculating means 72 calculates the air divergence amount X using the above equation (10) based on the temperature change amount ΔT2 by the temperature change amount calculating means 70 and the voltage change amount ΔV by the voltage change amount calculating means 106. Further, the water divergence amount calculating means 96 calculates the water divergence amount Z using the above equation (11) based on the temperature change amount ΔT2 and the voltage change amount ΔV. In this way, the amount of change over time of the air and the reforming water can be detected using the detected temperature associated with the fuel cell stack 8 and the detected output voltage associated with the fuel cell stack 8.

このようにして空気及び改質用水の乖離量X,Zを求めると、これらを用いて供給流量の補正が行われる。即ち、空気補正量演算手段76は、この空気乖離量Xに基づいて空気補正量を演算し、また水補正量演算手段98は、水乖離量Zに基づいて水補正量を演算する。そして、作動制御手段82は、上述したようにして、空気ブロア30の回転数を演算して燃料電池2Bの発電出力に対応する空気ブロア30の回転数を設定し、この設定された回転数に基づき空気ブロア30を作動制御し、また水ポンプ26の回転数を演算して燃料電池2Aの発電出力に対応する水ポンプ26の回転を設定し、この設定された回転数に基づき水ポンプ26を作動制御し、このようにして空気及び改質用水の供給流量の補正が行われ、このようにしても上述した実施形態と同様の作用効果を達成することができる。   When the divergence amounts X and Z of the air and the reforming water are obtained in this way, the supply flow rate is corrected using these. That is, the air correction amount calculation unit 76 calculates an air correction amount based on the air deviation amount X, and the water correction amount calculation unit 98 calculates a water correction amount based on the water deviation amount Z. Then, as described above, the operation control means 82 calculates the rotational speed of the air blower 30, sets the rotational speed of the air blower 30 corresponding to the power generation output of the fuel cell 2B, and sets the rotational speed to the set rotational speed. Based on this, the air blower 30 is controlled to operate, the rotation speed of the water pump 26 is calculated, the rotation of the water pump 26 corresponding to the power generation output of the fuel cell 2A is set, and the water pump 26 is controlled based on the set rotation speed. The operation is controlled, and the supply flow rate of air and reforming water is corrected in this way, and even in this way, the same effect as that of the above-described embodiment can be achieved.

この第3の実施形態では、温度測定部位の温度として燃料電池セルスタック8近傍の温度を利用しているが、上述した記載から理解されるように、改質器6又は燃料室34に関連する温度測定部位の温度を利用しても同様の効果が達成される。   In the third embodiment, the temperature in the vicinity of the fuel cell stack 8 is used as the temperature of the temperature measurement part. However, as is understood from the above description, the temperature is related to the reformer 6 or the fuel chamber 34. The same effect can be achieved even if the temperature at the temperature measurement site is used.

また、この第3の実施形態では、空気乖離量及び水乖離量を演算して空気ブロア30及び水ポンプ26の回転数(換言すると、空気供給手段及び水供給手段による空気供給流量及び水供給流量)を補正しているが、上述したと同様に、燃料電池セルスタック8の電圧変化量ΔVを利用して空気乖離量及び燃料乖離量を演算して空気ブロア30及び燃料ポンプ20の回転数(空気供給手段及び燃料ガス供給手段による空気供給流量及び燃料ガス供給流量)を補正するようにしてもよく、或いはこの電圧変化量ΔVを利用して燃料乖離量及び水乖離量を演算して燃料ポンプ20及び水ポンプ26の回転数(燃料ガス供給手段及び水供給手段による燃料ガス供給流量及び水供給流量)を補正するようにしてもよい。   In the third embodiment, the air divergence amount and the water divergence amount are calculated to calculate the rotation speeds of the air blower 30 and the water pump 26 (in other words, the air supply flow rate and the water supply flow rate by the air supply unit and the water supply unit). In the same manner as described above, the air deviation amount and the fuel deviation amount are calculated using the voltage change amount ΔV of the fuel cell stack 8 to calculate the rotation speeds of the air blower 30 and the fuel pump 20 ( (Air supply flow rate and fuel gas supply flow rate by the air supply means and the fuel gas supply means) may be corrected, or the fuel deviation amount and the water deviation amount are calculated by using this voltage change amount ΔV. 20 and the rotation speed of the water pump 26 (fuel gas supply flow rate and water supply flow rate by the fuel gas supply means and the water supply means) may be corrected.

この第3の実施形態では、燃料電池セルスタック8に関連する電圧測定部位の出力電圧の変化量ΔVと燃料電池セルスタック8近傍の温度の変化量ΔT2(又は改質器6の温度の変化量ΔT1、燃焼室34の温度の変化量ΔT3でもよい)を用いて空気供給手段及び水供給手段による空気供給流量及び水供給流量(又は燃料ガス供給手段及び水供給手段による燃料ガス供給流量及び水供給流量、空気供給手段及び燃料ガス供給手段による空気供給流量及び燃料ガス供給流量)を補正制御しているが、上述した記載から理解されるように、燃料電池セルスタック8に関連する電圧測定部位の出力電圧の変化量と改質器6、燃料電池セルスタック8及び燃焼室34に関連する二個所の温度測定部位の温度の変化量を利用して空気供給手段、燃料ガス供給手段及び水供給手段による空気供給流量、燃料ガス供給流量及び水供給流量を補正制御するようにすることもできる。   In the third embodiment, the change amount ΔV of the output voltage at the voltage measurement site related to the fuel cell stack 8 and the change amount ΔT2 of the temperature near the fuel cell stack 8 (or the change amount of the temperature of the reformer 6). The air supply flow rate and the water supply flow rate by the air supply means and the water supply means (or the fuel gas supply flow rate and the water supply by the fuel gas supply means and the water supply means) using ΔT1 and the temperature change amount ΔT3 of the combustion chamber 34 may be used. The flow rate, the air supply means and the fuel gas supply means) are corrected and controlled. As will be understood from the above description, the voltage measurement portion related to the fuel cell stack 8 is controlled. Using the amount of change in output voltage and the amount of change in temperature at two temperature measurement sites related to the reformer 6, the fuel cell stack 8 and the combustion chamber 34, air supply means, fuel gas Supply means and air supply flow rate by the water supply means, the fuel gas supply flow rate and water supply flow rate may be such that the correction control.

例えば、温度として燃料電池セルスタック8及び燃焼室34に関連する温度を利用し、出力電圧として燃料電池セルスタック8に関連する電圧を利用する場合、次のようになる。更に、説明すると、燃料電池を実際に稼働運転させて計測すると、空気供給流路22を通して供給される空気の供給流量と燃料電池セルスタック8の出力電圧、燃料電池セルスタック8近傍の温度及び燃焼室34の温度との関係、燃料ガス供給流路14を通して供給される燃料ガスの供給流量と燃料電池セルスタック8の出力電圧、燃料電池セルスタック8近傍の温度及び燃焼室34の温度との関係、また水供給流路22を通して供給される改質用水の供給流量と燃料電池セルスタック8の出力電圧、燃料電池セルスタック8近傍の温度及び燃焼室34の温度との関係は、一例として、表4に示すものが実証実験的に得られる。   For example, when the temperature related to the fuel cell stack 8 and the combustion chamber 34 is used as the temperature and the voltage related to the fuel cell stack 8 is used as the output voltage, the operation is as follows. More specifically, when the fuel cell is actually operated and measured, the supply flow rate of air supplied through the air supply flow path 22, the output voltage of the fuel cell stack 8, the temperature near the fuel cell stack 8, and the combustion The relationship between the temperature of the chamber 34, the supply flow rate of the fuel gas supplied through the fuel gas supply channel 14, the output voltage of the fuel cell stack 8, the temperature near the fuel cell stack 8, and the temperature of the combustion chamber 34. In addition, the relationship between the supply flow rate of reforming water supplied through the water supply flow path 22, the output voltage of the fuel cell stack 8, the temperature in the vicinity of the fuel cell stack 8, and the temperature of the combustion chamber 34 is shown as an example. The results shown in 4 are obtained experimentally.

Figure 2011222478
表4は、燃料電池の設置初期の運転状態において、最大負荷時で稼働させて出力電流を所定電流(例えば、6A)に維持した電流制限の運転状態において、空気供給流路28を流れる空気の供給流量が1%変動(この場合、増加)する毎に変動する燃料電池セルスタック8の出力電圧、燃料電池セルスタック8の近傍温度及び燃焼室34の温度を示すものである。また、この表4は、上述した電流制限の稼働運転状態において、燃料ガス供給流路14を通して流れる燃料ガスの供給流量が1%変動(この場合、増加)する毎に変動する燃料電池セルスタック8の出力電圧、燃料電池セルスタック8の近傍温度及び燃焼室34の温度、更には水供給流路22を流れる改質用水の供給流量が1%変動(この場合、増加)する毎に変動する燃料電池セルスタック8の出力電圧、燃料電池セルスタック8の近傍温度及び燃焼室34の温度を示している。
Figure 2011222478
Table 4 shows the flow of air flowing through the air supply passage 28 in the current-limited operation state in which the output current is maintained at a predetermined current (for example, 6A) by operating at the maximum load in the operation state at the initial installation of the fuel cell. It shows the output voltage of the fuel cell stack 8, the temperature in the vicinity of the fuel cell stack 8, and the temperature of the combustion chamber 34 that change every time the supply flow rate changes by 1% (in this case, increases). Further, this Table 4 shows that the fuel cell stack 8 that changes every time the supply flow rate of the fuel gas flowing through the fuel gas supply passage 14 fluctuates 1% (in this case, increases) in the above-described current-limited operation state. The fuel fluctuates each time the supply flow rate of reforming water flowing through the water supply passage 22 fluctuates by 1% (in this case, increases). The output voltage of the battery cell stack 8, the vicinity temperature of the fuel battery cell stack 8, and the temperature of the combustion chamber 34 are shown.

設置初期の最大負荷運転時の所定出力電流を所定電流に維持した稼働運転状態における燃料電池セルスタック8の出力電圧をV(V)、燃料電池セルスタック8近傍の温度をT2(℃)、また燃焼室34の温度をT3(℃)とし、現時点の同様の稼働運転状態での燃料電池セルスタック8の出力電圧をv(V)、燃料電池セルスタック8の近傍温度をt2(℃)、燃焼室34の温度をt3(℃)とすると、設置初期を基準とする変化量については、燃料電池セルスタック8の出力電圧変化量ΔV、燃料電池セルスタック8近傍の温度変化量ΔT2及び燃焼室34の温度変化量ΔT3は、上記式(9)、(2)及び(5)となる。表4の関係を利用するとともに、式(9)、(2)及び(5)を用いると、空気の供給流量の乖離量X(%)、燃料ガスの供給流量の乖離量Y(%)及び改質用水の供給流量の乖離量Z(%)は、
空気乖離量X(%)=−1.22ΔV−0.73ΔT2+0.88ΔT3
・・・(12)
燃料ガス乖離量Y(%)=−0.71ΔV+0.67ΔT2−0.71ΔT3
・・・(13)
改質用水乖離量Z(%)=−0.08ΔV+0.08ΔT2+0.03ΔT3
・・・(14)
となり、燃料電池セルスタック8の出力電圧の変化量ΔV、燃料電池セルスタック8近傍の温度変化量ΔT2及び燃焼室34の温度変化量ΔT3を用いることにより、設置初期の上述した稼働運転状態を基準とした空気供給流量の乖離量X(%)、燃料ガス供給流量の乖離量Y(%)及び改質用水の供給流量の乖離量Z(%)を演算して求めることが可能となる。
The output voltage of the fuel cell stack 8 is V (V) and the temperature in the vicinity of the fuel cell stack 8 is T2 (° C.) in the operation state in which the predetermined output current at the maximum load operation at the initial installation is maintained at the predetermined current. The temperature of the combustion chamber 34 is T3 (° C.), the output voltage of the fuel cell stack 8 is v (V) in the same operation state at the present time, the temperature near the fuel cell stack 8 is t2 (° C.), and combustion Assuming that the temperature of the chamber 34 is t3 (° C.), with respect to the amount of change relative to the initial installation, the amount of change in output voltage ΔV of the fuel cell stack 8, the amount of temperature change ΔT2 near the fuel cell stack 8 and the combustion chamber 34 The temperature change amount ΔT3 is expressed by the above equations (9), (2), and (5). Using the relationship in Table 4 and using equations (9), (2), and (5), the deviation amount X (%) of the supply flow rate of air, the deviation amount Y (%) of the supply flow rate of fuel gas, and Deviation amount Z (%) of the supply flow rate of reforming water is
Air deviation amount X (%) = − 1.22ΔV−0.73ΔT2 + 0.88ΔT3
(12)
Fuel gas deviation amount Y (%) = − 0.71ΔV + 0.67ΔT2−0.71ΔT3
... (13)
Water deviation Z (%) for reforming = −0.08ΔV + 0.08ΔT2 + 0.03ΔT3
(14)
By using the change amount ΔV of the output voltage of the fuel cell stack 8, the temperature change amount ΔT 2 near the fuel cell stack 8, and the temperature change amount ΔT 3 of the combustion chamber 34, the above-described operating operation state at the initial stage of installation is used as a reference. It is possible to calculate and obtain the air supply flow rate deviation amount X (%), the fuel gas supply flow rate deviation amount Y (%), and the reforming water supply flow rate deviation amount Z (%).

従って、これら空気供給流量の乖離量X、燃料ガス供給流量の乖離量Y及び改質用水の供給流量の乖離量Zに基づき、燃料ガス、空気及び改質用水の供給流量を所要の通りに補正することにより、経時的変化による供給流量の変動を抑え、空気、燃料ガス及び改質用水を燃料電池セルスタック8に所要の通りに供給することができる。   Therefore, the fuel gas, air, and reforming water supply flow rates are corrected as required based on these air supply flow rate deviation amount X, fuel gas supply flow rate deviation amount Y, and reforming water supply flow rate deviation amount Z. By doing so, fluctuations in the supply flow rate due to changes over time can be suppressed, and air, fuel gas, and reforming water can be supplied to the fuel cell stack 8 as required.

〔第4の実施形態〕
次に、本発明に従う固体酸化物形燃料電池の第4の実施形態について説明する。第4の実施形態では、温度測定部位にて温度を検出するのではなく、燃料電池セルスタック8に関連する2個所の電圧測定部位の検知電圧を利用しており、これら2個所の電圧測定部位における出力電圧を検知するには、例えば図9に示すように構成することができる。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the solid oxide fuel cell according to the present invention will be described. In the fourth embodiment, the temperature is not detected at the temperature measurement part, but the detection voltages of the two voltage measurement parts related to the fuel cell stack 8 are used, and these two voltage measurement parts are used. For example, a configuration as shown in FIG. 9 can be used to detect the output voltage at.

図9において、燃料電池セルスタック8Cは、左側の第1セルスタックユニット110と、右側の第2セルスタックユニット112を備え、第1及び第2セルスタックユニット110,112の合計出力が燃料電池セルスタック8Cの出力電力となる。この形態では、第1セルスタックユニット110に関連して第1電圧検出手段114が設けられ、第2セルスタックユニット112に関連して第2電圧検出手段116が設けられ、第1電圧検出手段114は第1セルスタックユニット110の出力電圧を検知し、第2電圧検出手段116は第2セルスタックユニット112の出力電圧を検知する。   In FIG. 9, the fuel cell stack 8C includes a first cell stack unit 110 on the left side and a second cell stack unit 112 on the right side, and the total output of the first and second cell stack units 110 and 112 is a fuel cell. This is the output power of the stack 8C. In this embodiment, the first voltage detection unit 114 is provided in association with the first cell stack unit 110, the second voltage detection unit 116 is provided in association with the second cell stack unit 112, and the first voltage detection unit 114 is provided. Detects the output voltage of the first cell stack unit 110, and the second voltage detection means 116 detects the output voltage of the second cell stack unit 112.

この第4の実施形態においては、第3の実施形態と略同様の制御系(図示せず)であり、第1及び第2電圧検出手段114,116からの検知信号(検知電圧)が制御手段に送給される。また、制御手段の電圧変化量演算手段は、第1及び第2セルスタックユニット110,112の電圧変化量を演算し、空気乖離量演算手段は電圧変化量演算手段による第1セルスタックユニット110の出力電圧の変化量ΔV1及び第2セルスタックユニット112の出力電圧の変化量ΔV2に基づいて空気乖離量X(%)を演算し、水乖離量演算手段は上記電圧変化量ΔV1,ΔV2に基づいて水乖離量Z(%)を演算する.尚、この場合、温度変化量演算手段は省略される。   The fourth embodiment is a control system (not shown) substantially the same as that of the third embodiment, and the detection signals (detection voltages) from the first and second voltage detection means 114 and 116 are control means. To be sent to. The voltage change amount calculating means of the control means calculates the voltage change amount of the first and second cell stack units 110 and 112, and the air divergence amount calculating means is the voltage change amount calculating means of the first cell stack unit 110. An air divergence amount X (%) is calculated based on the change amount ΔV1 of the output voltage and the change amount ΔV2 of the output voltage of the second cell stack unit 112, and the water divergence amount calculation means is based on the voltage change amounts ΔV1 and ΔV2. Calculate water divergence amount Z (%). In this case, the temperature change amount calculating means is omitted.

燃料電池においては、上述したように、空気供給流路を通して供給される空気の供給流量、燃料ガス供給流路を通して供給される燃料ガスの供給流量及び水供給流路を通して供給される改質用水の供給流量と燃料電池セルスタック8の出力電圧(この場合、第1及び第2セルスタックユニット110,112の出力電圧)との間に密接な関係がある。この密接な関係は、上述したように、燃料電池の種類、発電電力などによって異なるが、燃料電池を実際に稼働運転させて計測すると、一例として、表5の関係が実証実験的に得られる。   In the fuel cell, as described above, the supply flow rate of air supplied through the air supply flow channel, the supply flow rate of fuel gas supplied through the fuel gas supply flow channel, and the reforming water supplied through the water supply flow channel. There is a close relationship between the supply flow rate and the output voltage of the fuel cell stack 8 (in this case, the output voltages of the first and second cell stack units 110 and 112). As described above, this close relationship varies depending on the type of fuel cell, generated power, and the like. However, when the fuel cell is actually operated and measured, the relationship shown in Table 5 is obtained experimentally as an example.

Figure 2011222478
表5は、燃料電池2Cの設置初期の運転状態において、最大負荷時で稼働させて出力電流を所定電流(例えば、6A)に維持した電流制限の運転状態において、空気供給流路を流れる空気の供給流量が1%変動(この場合、増加)する毎に変動する燃料電池セルスタック8Cの第1及び第2セルスタックユニット110,112の出力電圧を示すとともに、水供給流路22を流れる改質用水の供給流量が1%変動(この場合、増加)する毎に変動する燃料電池セルスタック8Cの第1及び第2セルスタックユニット110,112の出力電圧を示している。
Figure 2011222478
Table 5 shows the flow of air flowing through the air supply channel in the current-limited operation state in which the output current is maintained at a predetermined current (for example, 6A) by operating at the maximum load in the operation state at the initial installation of the fuel cell 2C. Reformation that flows through the water supply flow path 22 as well as the output voltage of the first and second cell stack units 110 and 112 of the fuel cell stack 8C that changes every time the supply flow rate changes by 1% (in this case, increases). The output voltage of the 1st and 2nd cell stack unit 110,112 of the fuel cell stack 8C which changes whenever the supply flow rate of water is changed 1% (in this case, increases) is shown.

設置初期の最大負荷運転時の所定出力電流を所定電流に維持した稼働運転状態における燃料電池セルスタック8Cの第1及び第2セルスタックユニット110,112の出力電圧をV1(V),V2(V)とし、現時点の同様の稼働運転状態での燃料電池セルスタック8Cの第1及び第2セルスタックユニット110,112の出力電圧をv1(V),v2(V)とすると、設置初期の出力電圧を基準とする燃料電池セルスタック8Cの第1及び第2セルスタックユニット110,112の出力電圧の変化量ΔV1,ΔV2は、
第1セルスタックユニット110の出力電圧変化量ΔV1(V)=V1−v1
・・・(15)
第2セルスタックユニット110の出力電圧変化量ΔV2(V)=V2−v2
・・・(16)
となる。表5の関係を利用するとともに、式(15)及び(16)を用いると、空気の供給流量の乖離量X(%)及び水の供給流量の乖離量Z(%)は、
空気乖離量X(%)=2.97ΔV1+5.41ΔV2 ・・・(17)
水乖離量Z(%)=−4.14ΔV1−4.50ΔV2 ・・・(18)
となり、燃料電池セルスタック8Cにおける第1及び第2セルスタックユニット110,112の出力電圧変化量ΔV1,ΔV2を用いることにより、設置初期の上述した稼働運転状態を基準とした空気供給流量の乖離量X(%)及び改質用水の供給流量の乖離量Z(%)を演算して求めることが可能となる。
The output voltages of the first and second cell stack units 110 and 112 of the fuel cell stack 8C in the operation operation state in which the predetermined output current during the maximum load operation at the initial stage of installation is maintained at the predetermined current are V1 (V) and V2 (V ), And when the output voltages of the first and second cell stack units 110 and 112 of the fuel cell stack 8C in the same operation state at the present time are v1 (V) and v2 (V), the output voltage at the initial stage of installation The change amounts ΔV1 and ΔV2 of the output voltages of the first and second cell stack units 110 and 112 of the fuel cell stack 8C with reference to
Output voltage change amount ΔV1 (V) = V1−v1 of first cell stack unit 110
... (15)
Output voltage change amount ΔV2 (V) = V2−v2 of second cell stack unit 110
... (16)
It becomes. Using the relationship of Table 5 and using equations (15) and (16), the deviation amount X (%) of the air supply flow rate and the deviation amount Z (%) of the water supply flow rate are:
Air deviation amount X (%) = 2.97ΔV1 + 5.41ΔV2 (17)
Water deviation amount Z (%) = − 4.14ΔV1−4.50ΔV2 (18)
Thus, by using the output voltage changes ΔV1 and ΔV2 of the first and second cell stack units 110 and 112 in the fuel cell stack 8C, the deviation amount of the air supply flow rate based on the above-described operating operation state at the initial installation stage It is possible to calculate and obtain X (%) and the deviation amount Z (%) of the supply flow rate of the reforming water.

従って、このようにして空気供給流量の乖離量X及び改質用水の供給流量の乖離量Zを演算し、これら空気乖離量X及び水乖離量Zに基づき、空気及び改質用水の供給流量を所要の通りに補正することにより、経時的変化による供給流量の変動を抑え、空気及び改質用水を燃料電池セルスタック8Cに所要の通りに供給することができる。   Therefore, the air supply flow rate deviation amount X and the reforming water supply flow rate deviation amount Z are calculated in this way, and the air and reforming water supply flow rates are calculated based on the air deviation amount X and the water deviation amount Z. By correcting as required, fluctuations in the supply flow rate due to changes over time can be suppressed, and air and reforming water can be supplied to the fuel cell stack 8C as required.

この第4の実施形態では、空気乖離量及び水乖離量を演算して空気供給手段及び水供給手段による空気供給流量及び水供給流量を補正しているが、上述したと同様に、燃料電池セルスタック8Cにおける第1及び第2セルスタックユニット110,112の電圧変化量ΔV1,ΔV2を利用して空気乖離量及び燃料乖離量を演算して空気供給手段及び燃料ガス供給手段による空気供給流量及び燃料ガス供給流量を補正するようにしてもよく、或いはこれら電圧変化量ΔV1,ΔV2を利用して燃料乖離量及び水乖離量を演算して燃料ガス供給手段及び水供給手段による燃料ガス供給流量及び水供給流量を補正するようにしてもよい。   In the fourth embodiment, the air divergence amount and the water divergence amount are calculated to correct the air supply flow rate and the water supply flow rate by the air supply unit and the water supply unit. The air supply amount and the fuel supply amount by the air supply means and the fuel gas supply means are calculated by using the voltage change amounts ΔV1 and ΔV2 of the first and second cell stack units 110 and 112 in the stack 8C. The gas supply flow rate may be corrected, or the fuel divergence amount and the water divergence amount are calculated using these voltage change amounts ΔV1 and ΔV2, and the fuel gas supply flow rate and the water supplied by the fuel gas supply means and the water supply means are calculated. The supply flow rate may be corrected.

この第4の実施形態では、燃料電池セルスタック8Cに関連する二個所の電圧測定部位(即ち、第1及び第2セルスタックユニット110,112)の出力電圧の変化量ΔV1,ΔV2を用いて空気供給手段及び水供給手段による空気供給流量及び水供給流量(又は燃料ガス供給手段及び水供給手段による燃料ガス供給流量及び水供給流量、空気供給手段及び燃料ガス供給手段による空気供給流量及び燃料ガス供給流量でもよい)を補正制御しているが、上述した記載から理解されるように、燃料電池セルスタック8Cに関連する二個所の電圧測定部位の出力電圧の変化量と改質器、燃料電池セルスタック及び燃焼室のいずれかに関連する温度測定部位の温度の変化量とを利用して空気供給手段、燃料ガス供給手段及び水供給手段による空気供給流量、燃料ガス供給流量及び水供給流量を補正制御するようにすることもできる。   In the fourth embodiment, the output voltage variations ΔV1 and ΔV2 of the two voltage measurement portions (that is, the first and second cell stack units 110 and 112) related to the fuel cell stack 8C are used for air. Air supply flow and water supply flow by supply means and water supply means (or fuel gas supply flow and water supply flow by fuel gas supply means and water supply means, air supply flow and fuel gas supply by air supply means and fuel gas supply means As can be understood from the above description, the amount of change in the output voltage at the two voltage measurement sites related to the fuel cell stack 8C, the reformer, and the fuel cell The air supply by the air supply means, the fuel gas supply means and the water supply means using the amount of change in the temperature of the temperature measurement portion related to either the stack or the combustion chamber. The supply flow rate, the fuel gas supply flow rate, and the water supply flow rate can be corrected and controlled.

出力電圧として燃料電池セルスタック8Cに関連する二個所の電圧測定部位の出力電圧と温度として改質器に関連する温度測定部位(例えば、改質器内部)の温度とを利用する場合、次のようになる。更に、説明すると、燃料電池を実際に稼働運転させて計測すると、上述した記載から容易に理解されるように、空気供給流路を通して供給される空気の流量、燃料供給流路を通して供給される燃料ガス供給流量及び水供給流路を通して供給される改質用水供給流量と、燃料電池セルスタック8Cにおける二個所の電力測定部位(この場合、第1及び第2セルスタックユニット110,112)の出力電圧及び改質器内部の温度との関係は、一例として、表6に示すものが実証実験的に得られる。   When the output voltage of the two voltage measuring parts related to the fuel cell stack 8C is used as the output voltage and the temperature of the temperature measuring part (for example, inside the reformer) related to the reformer is used as the temperature, It becomes like this. Furthermore, to explain, when the fuel cell is actually operated and measured, the flow rate of the air supplied through the air supply channel, the fuel supplied through the fuel supply channel, as can be easily understood from the above description. The gas supply flow rate and the reforming water supply flow rate supplied through the water supply flow path, and the output voltages of the two power measurement sites (in this case, the first and second cell stack units 110 and 112) in the fuel cell stack 8C. As an example of the relationship between the temperature inside the reformer and the temperature inside the reformer, those shown in Table 6 are obtained experimentally.

Figure 2011222478
表6は、燃料電池の設置初期の運転状態において、最大負荷時で稼働させて出力電流を所定電流(例えば、6A)に維持した電流制限の運転状態において、空気供給流路を流れる空気の供給流量が1%変動(この場合、増加)する毎に変動する燃料電池セルスタック8Cの第1及び第2セルスタックユニット110,112の出力電圧及び改質器の温度と、燃料ガス供給流路を通して流れる燃料ガスの供給流量が1%変動(この場合、増加)する毎に変動する燃料電池セルスタック8Cの第1及び第2セルスタックユニット110,112の出力電圧及び改質器の温度と、水供給流路を流れる改質用水の供給流量が1%変動(この場合、増加)する毎に変動する燃料電池セルスタック8Cの第1及び第2セルスタックユニット110,112の出力電圧及び改質器の温度とを示している。
Figure 2011222478
Table 6 shows the supply of air flowing through the air supply channel in the current-limited operation state in which the output current is maintained at a predetermined current (for example, 6A) by operating at the maximum load in the operation state at the initial installation of the fuel cell. Each time the flow rate changes by 1% (in this case, increases), the output voltage of the first and second cell stack units 110 and 112 of the fuel cell stack 8C, the temperature of the reformer, and the fuel gas supply flow path The output voltage of the first and second cell stack units 110 and 112 of the fuel cell stack 8C and the temperature of the reformer, which change every time the supply flow rate of the flowing fuel gas fluctuates by 1% (in this case, increases), water, The first and second cell stack units 110 and 112 of the fuel cell stack 8C that change every time the supply flow rate of reforming water flowing through the supply flow path fluctuates 1% (in this case, increases). It indicates the temperature of the output voltage and the reformer.

設置初期の最大負荷運転時の所定出力電流を所定電流に維持した稼働運転状態における燃料電池セルスタック8Cの第1及び第2セルスタックユニット110,112の出力電圧をV1(V),V2(V)、また改質器の温度をT1(℃)とし、現時点の同様の稼働運転状態での燃料電池セルスタック8Cの第1及び第2セルスタックユニット110,112の出力電圧をv1(V),v2(V)、改質器の温度をt1(℃)とすると、設置初期を基準とする変化量については、燃料電池セルスタック8Cの第1セルスタックユニット110の出力電圧変化量ΔV1、燃料電池セルスタック8Cの第2セルスタックユニット112の出力電圧変化量Δ2及び改質器の温度変化量ΔT1は、上記式(15)、(16)及び(1)となる。表6の関係を利用するとともに、式(15)、(16)及び(1)を用いると、空気の供給流量の乖離量X(%)、燃料ガスの供給流量の乖離量Y(%)及び改質用水の供給流量の乖離量Z(%)は、
空気乖離量X(%)=−0.92ΔV1+1.19ΔV2+0.05ΔT1
・・・(19)
燃料ガス乖離量Y(%)=−0.37ΔV1−0.46ΔV2−0.20ΔT1
・・・(20)
改質用水乖離量Z(%)=0.62ΔV1+0.62ΔV2−0.18ΔT1
・・・(21)
となり、燃料電池セルスタック8Cの第1及び第2セルスタックユニット110,112の出力電圧の変化量ΔV1,ΔV2及び改質器内の温度変化量ΔT1を用いることにより、設置初期の上述した稼働運転状態を基準とした空気供給流量の乖離量X(%)、燃料ガス供給流量の乖離量Y(%)及び改質用水の供給流量の乖離量Z(%)を演算して求めることが可能となる。
The output voltages of the first and second cell stack units 110 and 112 of the fuel cell stack 8C in the operation operation state in which the predetermined output current during the maximum load operation at the initial stage of installation is maintained at the predetermined current are V1 (V) and V2 (V ), And the temperature of the reformer is T1 (° C.), and the output voltages of the first and second cell stack units 110 and 112 of the fuel cell stack 8C in the same operation state at the present time are v1 (V), Assuming v2 (V) and the reformer temperature to be t1 (° C.), with respect to the amount of change relative to the initial stage of installation, the output voltage change amount ΔV1 of the first cell stack unit 110 of the fuel cell stack 8C, the fuel cell The output voltage variation Δ2 and the reformer temperature variation ΔT1 of the second cell stack unit 112 of the cell stack 8C are expressed by the above equations (15), (16), and (1). Using the relationships in Table 6 and using equations (15), (16), and (1), the deviation amount X (%) of the supply flow rate of air, the deviation amount Y (%) of the supply flow rate of fuel gas, and Deviation amount Z (%) of the supply flow rate of reforming water is
Air deviation amount X (%) = − 0.92ΔV1 + 1.19ΔV2 + 0.05ΔT1
... (19)
Fuel gas deviation amount Y (%) = − 0.37ΔV1−0.46ΔV2−0.20ΔT1
... (20)
Water deviation amount Z (%) for reforming = 0.62ΔV1 + 0.62ΔV2−0.18ΔT1
... (21)
By using the output voltage variations ΔV1 and ΔV2 of the first and second cell stack units 110 and 112 of the fuel cell stack 8C and the temperature variation ΔT1 in the reformer, the above-described operation operation at the initial stage of installation is performed. It is possible to calculate and obtain a deviation amount X (%) of the air supply flow rate based on the state, a deviation amount Y (%) of the fuel gas supply flow rate, and a deviation amount Z (%) of the reforming water supply flow rate. Become.

従って、これら空気供給流量の乖離量X、燃料ガス供給流量の乖離量Y及び改質用水の供給流量の乖離量Zに基づき、上述したように燃料ガス、空気及び改質用水の供給流量を所要の通りに補正することにより、経時的変化による供給流量の変動を抑え、空気、燃料ガス及び改質用水を燃料電池セルスタック8Cに所要の通りに供給することができる。   Therefore, as described above, the supply flow rates of the fuel gas, air, and reforming water are required based on the deviation amount X of the air supply flow rate, the deviation amount Y of the fuel gas supply flow rate, and the deviation amount Z of the supply flow rate of reforming water. By correcting as described above, fluctuations in the supply flow rate due to changes over time can be suppressed, and air, fuel gas, and reforming water can be supplied to the fuel cell stack 8C as required.

上述した形態では、燃料電池セルスタック8Cに関連する二個所の電圧測定部位(第1及び第2セルスタックユニット110,112)の出力電圧の変化量ΔV1,ΔV2と改質器6の温度の変化量ΔT1を用いて空気供給手段、燃料ガス供給手段及び水供給手段による空気供給流量、燃料ガス供給量及び水供給流量を補正制御するが、上述した記載から容易に理解されるように、燃料電池セルスタック8に関連する二個所の電圧測定部位の出力電圧の変化量と燃料電池セルスタック8又は燃焼室34に関連する温度測定部位の温度の変化量を利用して空気供給手段、燃料ガス供給手段及び水供給手段による空気供給流量、燃料ガス供給流量及び水供給流量を補正制御することもできる。   In the embodiment described above, the change amounts ΔV1, ΔV2 of the output voltage of the two voltage measurement portions (first and second cell stack units 110, 112) related to the fuel cell stack 8C and the temperature change of the reformer 6 are changed. The amount ΔT1 is used to correct and control the air supply flow rate, the fuel gas supply amount, and the water supply flow rate by the air supply means, the fuel gas supply means, and the water supply means. As can be easily understood from the above description, the fuel cell Using the amount of change in output voltage at two voltage measurement locations related to the cell stack 8 and the amount of change in temperature at the temperature measurement location related to the fuel cell stack 8 or the combustion chamber 34, air supply means and fuel gas supply The air supply flow rate, the fuel gas supply flow rate, and the water supply flow rate by the means and the water supply unit can be corrected and controlled.

〔第5の実施形態〕
次に、本発明に従う固体酸化物形燃料電池の第5の実施形態について説明する。第5の実施形態では、燃料電池セルスタックに関連する3個所の電圧測定部位の検知電圧を利用しており、3個所の電圧測定部位における出力電圧を検知するには、例えば図10に示すように構成することができる。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the solid oxide fuel cell according to the present invention will be described. In the fifth embodiment, detection voltages at three voltage measurement sites related to the fuel cell stack are used. To detect output voltages at three voltage measurement sites, for example, as shown in FIG. Can be configured.

図10において、燃料電池セルスタック8Dは、左側の第1セルスタックユニット122、中間の第2セルスタックユニット124及び右側の第3セルスタックユニット126を備え、第1〜第3セルスタックユニット122,124,126は燃料電池セルユニット8Dの大部分を構成している。この形態では、第1セルスタックユニット122に関連して第1電圧検出手段114が設けられ、第2セルスタックユニット124に関連して第2電圧検出手段116が設けられ、また第3セルスタックユニット126に関連して第3電圧検知手段118が設けられ、第1電圧検出手段114は、第1電圧測定部位としての第1セルスタックユニット122の出力電圧を検知し、第2電圧検出手段116は、第2電圧測定部位としての第2セルスタックユニット124の出力電圧を検知し、第3電圧検知手段126は、第3電圧測定部位としての第3セルスタックユニット126の出力電圧を検知する。   In FIG. 10, the fuel cell stack 8D includes a first cell stack unit 122 on the left side, a second cell stack unit 124 in the middle, and a third cell stack unit 126 on the right side, and the first to third cell stack units 122, Reference numerals 124 and 126 constitute most of the fuel cell unit 8D. In this embodiment, the first voltage detection means 114 is provided in relation to the first cell stack unit 122, the second voltage detection means 116 is provided in relation to the second cell stack unit 124, and the third cell stack unit. 126, a third voltage detecting means 118 is provided, the first voltage detecting means 114 detects the output voltage of the first cell stack unit 122 as a first voltage measuring part, and the second voltage detecting means 116 The output voltage of the second cell stack unit 124 as the second voltage measurement part is detected, and the third voltage detection means 126 detects the output voltage of the third cell stack unit 126 as the third voltage measurement part.

燃料電池においては、上述したように、空気供給流路を通して供給される空気の供給流量、燃料ガス供給流路を通して供給される燃料ガスの供給流量及び水供給流路を通して供給される改質用水の供給流量と燃料電池セルスタック8に関連する三個所の電圧測定部位の出力電圧(この場合、第1〜第3セルスタックユニット122,124,126の出力電圧)との間に密接な関係がある。この密接な関係は、上述したように、燃料電池の種類、発電電力などによって異なるが、燃料電池を実際に稼働運転させて計測すると、一例として、表7に示す関係が実証実験的に得られる。   In the fuel cell, as described above, the supply flow rate of air supplied through the air supply flow channel, the supply flow rate of fuel gas supplied through the fuel gas supply flow channel, and the reforming water supplied through the water supply flow channel. There is a close relationship between the supply flow rate and the output voltages of the three voltage measurement portions related to the fuel cell stack 8 (in this case, the output voltages of the first to third cell stack units 122, 124, 126). . As described above, this close relationship varies depending on the type of fuel cell, generated power, and the like. However, when the fuel cell is actually operated and measured, the relationship shown in Table 7 is obtained experimentally as an example. .

Figure 2011222478
表7は、燃料電池2Dの設置初期の運転状態において、最大負荷時で稼働させて出力電流を所定電流(例えば、6A)に維持した電流制限の運転状態において、空気供給流路を流れる空気の供給流量が1%変動(この場合、増加)する毎に変動する燃料電池セルスタック8Dの第1〜第3セルスタックユニット122,124,126の出力電圧と、燃料ガス供給流路を流れる燃料ガスの供給流量が1%変動(この場合、増加)する毎に変動する燃料電池セルスタック8Dの第1〜第3セルスタックユニット122,124,126の出力電圧と、水供給流路を流れる改質用水の供給流量が1%変動(この場合、増加)する毎に変動する燃料電池セルスタック8Dの第1〜第3セルスタックユニット122,124,126の出力電圧とを示している。
Figure 2011222478
Table 7 shows the state of the air flowing through the air supply channel in the current-limited operating state in which the output current is maintained at a predetermined current (for example, 6A) by operating at the maximum load in the initial operating state of the fuel cell 2D. The output voltage of the first to third cell stack units 122, 124, and 126 of the fuel cell stack 8D that changes every time the supply flow rate changes by 1% (in this case, increases), and the fuel gas that flows through the fuel gas supply channel The output voltage of the first to third cell stack units 122, 124, and 126 of the fuel cell stack 8D that changes whenever the supply flow rate of the fuel cell changes by 1% (in this case, increases) and the reforming that flows through the water supply flow path The output voltage of the 1st-3rd cell stack unit 122,124,126 of the fuel cell stack 8D which fluctuates whenever the supply flow rate of water is changed 1% (in this case, increases) is shown. To have.

設置初期の最大負荷運転時の所定出力電流を所定電流に維持した稼働運転状態における燃料電池セルスタック8Dの第1〜第3セルスタックユニット122,124,126の出力電圧をV1(V),V2(V)、V3(V)とし、現時点の同様の稼働運転状態での燃料電池セルスタック8Dの第1〜第3セルスタックユニット122,124,126の出力電圧をv1(V),v2(V),v3(V)とすると、設置初期の出力電圧を基準とする燃料電池セルスタック8Dの第1及び第2セルスタックユニット122,124の出力電圧の変化量ΔV1,ΔV2は、上記式(15)及び(16)で示す通りとなり、更に、第3セルスタックユニット126の出力電圧変化量ΔV3は、
第3セルスタックユニット126の出力電圧変化量ΔV3(V)=V3−v3
・・・(22)
となる。表7の関係を利用するとともに、式(15)及び(16)及び(22)を用いると、空気の供給流量の乖離量X(%)、燃料ガスの供給流量の乖離量Y(%)及び水の供給流量の乖離量Z(%)は、
空気乖離量X(%)=−1.17ΔV1−0.13ΔV2+0.77ΔV3
・・・(23)
燃料ガス乖離量Z(%)=−0.60ΔV1+4.69ΔV2−3.00ΔV3
・・・(24)
水乖離量Z(%)=1.55ΔV1+5.32ΔV2−2.74ΔV3
・・・(25)
となり、燃料電池セルスタック8Dにおける第1〜第3セルスタックユニット122,124,126の出力電圧変化量ΔV1,ΔV2,ΔV3を用いることにより、設置初期の上述した稼働運転状態を基準とした空気供給流量の乖離量X(%)、燃料ガスの供給流量の乖離量Y(%)及び改質用水の供給流量の乖離量Z(%)を演算して求めることが可能となる。
The output voltages of the first to third cell stack units 122, 124, and 126 of the fuel cell stack 8D in the operation state in which the predetermined output current at the maximum load operation at the initial installation is maintained at the predetermined current are V1 (V) and V2. (V), V3 (V), and the output voltages of the first to third cell stack units 122, 124, 126 of the fuel cell stack 8D in the same operation state at the present time are v1 (V), v2 (V ), V3 (V), the variations ΔV1 and ΔV2 of the output voltages of the first and second cell stack units 122 and 124 of the fuel cell stack 8D based on the output voltage at the initial installation are expressed by the above equation (15). ) And (16), and the output voltage change ΔV3 of the third cell stack unit 126 is
Output voltage change amount ΔV3 (V) = V3−v3 of third cell stack unit 126
(22)
It becomes. Using the relationship of Table 7 and using equations (15), (16), and (22), the deviation amount X (%) of the supply flow rate of air, the deviation amount Y (%) of the supply flow rate of fuel gas, and The deviation amount Z (%) of the water supply flow rate is
Air divergence amount X (%) = − 1.17ΔV1−0.13ΔV2 + 0.77ΔV3
(23)
Fuel gas deviation amount Z (%) = − 0.60ΔV1 + 4.69ΔV2−3.00ΔV3
... (24)
Water deviation amount Z (%) = 1.55ΔV1 + 5.32ΔV2-2.74ΔV3
... (25)
By using the output voltage changes ΔV1, ΔV2, and ΔV3 of the first to third cell stack units 122, 124, and 126 in the fuel cell stack 8D, the air supply is based on the above-described operation operation state at the initial installation stage. It is possible to calculate and obtain the flow rate deviation amount X (%), the fuel gas supply flow rate deviation amount Y (%), and the reforming water supply flow rate deviation amount Z (%).

従って、このようにして空気供給流量の乖離量X、燃料ガス供給流量の乖離量Y及び改質用水供給流量の乖離量Zを演算し、これら空気乖離量X、燃料ガス乖離量Y及び水乖離量Zに基づき、空気、燃料ガス及び改質用水の供給流量を所要の通りに補正することにより、経時的変化による供給流量の変動を抑え、空気、燃料ガス及び改質用水を燃料電池セルスタック8Dに所要の通りに供給することができる。   Accordingly, the air supply flow rate deviation amount X, the fuel gas supply flow rate deviation amount Y, and the reforming water supply flow rate deviation amount Z are calculated in this way, and the air deviation amount X, the fuel gas deviation amount Y, and the water deviation are calculated. By correcting the supply flow rate of air, fuel gas, and reforming water as required based on the amount Z, fluctuations in the supply flow rate due to changes over time are suppressed, and air, fuel gas, and reforming water are supplied to the fuel cell stack. 8D can be supplied as required.

以上、本発明に従う燃料電池の各種実施形態について説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されず、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変更乃至修正が可能である。   While various embodiments of the fuel cell according to the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and various changes and modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

また、例えば、上述した実施形態では、燃料電池2(2A,2B)の排熱を温水として回収する形態のもの(換言すると、貯湯タンク52を備えるもの)に適用して説明したが、排熱を温水として回収しない形態のもの(換言すると、貯湯タンク52を省略したもの)にも同様に適用することができる。   Further, for example, in the above-described embodiment, the exhaust heat of the fuel cell 2 (2A, 2B) is recovered as hot water (in other words, provided with the hot water storage tank 52). Can be similarly applied to a configuration in which the hot water is not recovered (in other words, the hot water storage tank 52 is omitted).

また、例えば、上述した実施形態では、燃料ポンプ20の回転数を変動させて燃料ガスの供給流量を制御しているが、このような構成に代えて、燃料ガス供給流路14に燃料ガス流量制御手段としての例えば燃料ガス流量制御弁を設け、かかる燃料ガス流量制御弁により流量制御するようにしてもよい。また、水ポンプ26の回転数を変動させて改質用水の供給流量を制御しているが、このような構成に代えて、水供給流路22に水流量制御手段としての例えば水流量制御弁を設け、かかる水流量制御弁により流量制御するようにしてもよい。更に、空気ブロア30の回転数を変動させて空気(酸化材)の供給流量を制御しているが、このような構成に代えて、空気供給流路28に空気流量制御手段として例えば空気流量制御弁を設け、かかる空気流量制御弁により流量制御するようにしてもよい。   Further, for example, in the above-described embodiment, the fuel gas supply flow rate is controlled by changing the number of revolutions of the fuel pump 20, but instead of such a configuration, the fuel gas flow rate in the fuel gas supply channel 14 is controlled. For example, a fuel gas flow rate control valve may be provided as the control means, and the flow rate may be controlled by the fuel gas flow rate control valve. Further, the supply flow rate of the reforming water is controlled by changing the rotation speed of the water pump 26. Instead of such a configuration, for example, a water flow control valve as a water flow control means is provided in the water supply flow path 22. The flow rate may be controlled by the water flow rate control valve. Further, the supply flow rate of air (oxidizing material) is controlled by changing the rotation speed of the air blower 30. Instead of such a configuration, for example, air flow control is provided in the air supply passage 28 as air flow control means. A valve may be provided, and the air flow control valve may be used to control the flow rate.

2,2A,2B,2C,2D 燃料電池
4 気化器
6 改質器
8,8C,8D 燃料電池セルスタック
14 燃料ガス供給流路
20 燃料ポンプ
22 水供給流路
26 水ポンプ
28 空気供給流路
30 空気ブロア
34 燃焼室
52 貯湯タンク
54 排熱回収用熱交換器
62,64,92 温度検出手段
66,66A,66B 制御手段
72 空気乖離量演算手段
74 燃焼乖離量演算手段
96 水乖離量演算手段
102,114,116,118 電圧検出手段
110,112,122,124,126 セルスタックユニット


2, 2A, 2B, 2C, 2D Fuel cell 4 Vaporizer 6 Reformer 8, 8C, 8D Fuel cell stack 14 Fuel gas supply channel 20 Fuel pump 22 Water supply channel 26 Water pump 28 Air supply channel 30 Air blower 34 Combustion chamber 52 Hot water storage tank 54 Waste heat recovery heat exchanger 62, 64, 92 Temperature detection means 66, 66A, 66B Control means 72 Air deviation amount calculation means 74 Combustion deviation amount calculation means 96 Water deviation amount calculation means 102 , 114, 116, 118 Voltage detection means 110, 112, 122, 124, 126 Cell stack unit


Claims (11)

燃料ガス供給源からの燃料ガスを燃料ガス供給流路を通して供給するための燃料ガス供給手段と、改質用水を水供給流路を通して供給するための水供給手段と、前記燃料ガス供給手段からの燃料ガスを前記水供給手段からの改質用水を用いて水蒸気改質するための改質器と、酸化材としての空気を空気供給流路を通して供給するための空気供給手段と、前記改質器にて改質された改質燃料ガス及び前記空気供給手段からの酸化材の酸化及び還元によって発電を行う燃料電池セルを複数個備えた燃料電池セルスタックと、前記燃料電池セルスタックの前記燃料ガス排出側に配設された燃焼室と、前記改質器、前記燃料電池セルスタック及び前記燃焼室を収容するための電池収容ハウジングとを備えた固体酸化物形燃料電池であって、
前記改質器、前記燃料電池セルスタック及び前記燃焼室のいずれか一つ又は二つに関連する二個所の温度測定部位の温度を検出し、前記二個所の温度測定部位の検知温度に基づいて、燃料ガス、改質用水及び空気の供給流量のいずれか二つの供給流量の経時的変化を検知することを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
A fuel gas supply means for supplying fuel gas from a fuel gas supply source through the fuel gas supply flow path; a water supply means for supplying reforming water through the water supply flow path; and A reformer for steam reforming the fuel gas using reforming water from the water supply means; an air supply means for supplying air as an oxidant through an air supply channel; and the reformer A fuel cell stack comprising a plurality of fuel cells that generate power by oxidation and reduction of the reformed fuel gas and the oxidizing material from the air supply means, and the fuel gas of the fuel cell stack A solid oxide fuel cell comprising a combustion chamber disposed on the discharge side, and a battery housing for housing the reformer, the fuel cell stack and the combustion chamber,
The temperature of two temperature measurement parts related to any one or two of the reformer, the fuel cell stack and the combustion chamber is detected, and based on the detected temperature of the two temperature measurement parts A solid oxide fuel cell characterized by detecting a change in supply flow rate of any two of the supply flow rates of fuel gas, reforming water and air.
前記燃料ガス供給流路には、燃料ガスの供給流量を制御するための燃料ガス流量制御手段が配設され、前記水供給流路には、改質用水の供給流量を制御するための水流量制御手段が設けられ、前記空気供給流路には、空気の供給流量を制御するための空気流量制御手段が設けられ、更に、前記燃料ガス流量制御手段、前記水流量制御手段及び前記空気流量制御手段を制御するための制御手段が設けられており、
前記二個所の温度測定部位の検知温度に基づいて、燃料ガス、改質用水及び空気の供給流量のいずれか二つの供給流量の経時的変化を検知し、前記制御手段は、前記検知した二つの供給流量の経時的変化量に基づいて、前記燃料ガス流量制御手段、前記水流量制御手段及び空気流量制御手段のうち対応する二つを補正制御することを特徴とする請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池。
The fuel gas supply channel is provided with fuel gas flow rate control means for controlling the supply flow rate of fuel gas, and the water supply channel is provided with a water flow rate for controlling the supply flow rate of reforming water. Control means is provided, and the air supply flow path is provided with air flow control means for controlling the supply flow rate of air, and further, the fuel gas flow control means, the water flow control means, and the air flow control. Control means for controlling the means are provided,
Based on the detected temperatures of the two temperature measurement parts, a change in supply flow rate of any two of the supply flow rates of fuel gas, reforming water and air is detected over time, and the control means detects the two detected flow rates. 2. The solid according to claim 1, wherein two corresponding ones of the fuel gas flow rate control unit, the water flow rate control unit, and the air flow rate control unit are subjected to correction control based on an amount of change in supply flow rate with time. Oxide fuel cell.
燃料ガス供給源からの燃料ガスを燃料ガス供給流路を通して供給するための燃料ガス供給手段と、改質用水を水供給流路を通して供給するための水供給手段と、前記燃料ガス供給手段からの燃料ガスを前記水供給手段からの改質用水を用いて水蒸気改質するための改質器と、酸化材としての空気を空気供給流路を通して供給するための空気供給手段と、前記改質器にて改質された改質燃料ガス及び前記空気供給手段からの酸化材の酸化及び還元によって発電を行う燃料電池セルを複数個備えた燃料電池セルスタックと、前記燃料電池セルスタックの前記燃料ガス排出側に配設された燃焼室と、前記改質器、前記燃料電池セルスタック及び前記燃焼室を収容するための電池収容ハウジングとを備えた固体酸化物形燃料電池であって、
前記改質器、前記燃料電池セルスタック及び前記燃焼室のいずれか一つ又は二つ以上に関連する三個所の温度測定部位の温度を検出し、前記三個所の温度測定部位の検知温度に基づいて、燃料ガス、改質用水及び空気の供給流量の経時的変化を検知することを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
A fuel gas supply means for supplying fuel gas from a fuel gas supply source through the fuel gas supply flow path; a water supply means for supplying reforming water through the water supply flow path; and A reformer for steam reforming the fuel gas using reforming water from the water supply means; an air supply means for supplying air as an oxidant through an air supply channel; and the reformer A fuel cell stack comprising a plurality of fuel cells that generate power by oxidation and reduction of the reformed fuel gas and the oxidizing material from the air supply means, and the fuel gas of the fuel cell stack A solid oxide fuel cell comprising a combustion chamber disposed on the discharge side, and a battery housing for housing the reformer, the fuel cell stack and the combustion chamber,
The temperature of three temperature measurement parts related to any one or two or more of the reformer, the fuel cell stack and the combustion chamber is detected, and based on the detected temperature of the three temperature measurement parts A solid oxide fuel cell characterized by detecting changes with time in the supply flow rates of fuel gas, reforming water and air.
前記燃料ガス供給流路には、燃料ガスの供給流量を制御するための燃料ガス流量制御手段が配設され、前記水供給流路には、改質用水の供給流量を制御するための水流量制御手段が設けられ、前記空気供給流路には、空気の供給流量を制御するための空気流量制御手段が設けられ、更に、前記燃料ガス流量制御手段、前記水流量制御手段及び前記空気流量制御手段を制御するための制御手段が設けられており、
前記三個所の温度測定部位の検知温度に基づいて、燃料ガス、改質用水及び空気の供給流量の経時的変化を検知し、前記制御手段は、前記検知した三つの供給流量の経時的変化量に基づいて、前記燃料ガス流量制御手段、前記水流量制御手段及び空気流量制御手段を補正制御することを特徴とする請求項3に記載の固体酸化物形燃料電池。
The fuel gas supply channel is provided with fuel gas flow rate control means for controlling the supply flow rate of fuel gas, and the water supply channel is provided with a water flow rate for controlling the supply flow rate of reforming water. Control means is provided, and the air supply flow path is provided with air flow control means for controlling the supply flow rate of air, and further, the fuel gas flow control means, the water flow control means, and the air flow control. Control means for controlling the means are provided,
Based on the detected temperatures of the three temperature measurement parts, a change with time of the supply flow rates of the fuel gas, the reforming water and the air is detected, and the control means detects the change with time of the detected three supply flow rates. The solid oxide fuel cell according to claim 3, wherein the fuel gas flow rate control means, the water flow rate control means, and the air flow rate control means are corrected based on the control.
前記改質器に関連する温度測定部位の温度とは、前記改質器内の温度であり、前記燃料電池セルスタックに関連する温度測定部位の温度とは、前記燃料電池セルスタックの近傍の温度であり、また前記燃焼室に関連する温度測定部位の温度とは、前記燃焼室の温度又は前記燃焼室から排出される排気ガスの排熱を回収するための排熱回収用熱交換器内の温度であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池。   The temperature at the temperature measurement site related to the reformer is the temperature inside the reformer, and the temperature at the temperature measurement site related to the fuel cell stack is the temperature in the vicinity of the fuel cell stack. And the temperature of the temperature measurement part related to the combustion chamber is the temperature of the combustion chamber or the exhaust heat recovery heat exchanger for recovering the exhaust heat of the exhaust gas exhausted from the combustion chamber. The solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the temperature is a temperature. 前記燃料電池セルスタックから取り出す出力電流を変化させる通常運転モードと、前記燃料電池セルスタックから取り出す出力電流を所定電流に維持する補正運転モードとに切り換えて運転可能であり、前記補正運転モードの運転において、前記供給流量についての経時的変化を検知することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池。   The operation can be performed by switching between a normal operation mode in which the output current taken out from the fuel cell stack is changed and a correction operation mode in which the output current taken out from the fuel cell stack is maintained at a predetermined current. The solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein a change with time in the supply flow rate is detected. 燃料ガス供給源からの燃料ガスを燃料ガス供給流路を通して供給するための燃料ガス供給手段と、改質用水を水供給流路を通して供給するための水供給手段と、前記燃料ガス供給手段からの燃料ガスを前記水供給手段からの改質用水を用いて水蒸気改質するための改質器と、酸化材としての空気を空気供給流路を通して供給するための空気供給手段と、前記改質器にて改質された改質燃料ガス及び前記空気供給手段からの酸化材の酸化及び還元によって発電を行う燃料電池セルを複数個備えた燃料電池セルスタックと、前記燃料電池セルスタックの前記燃料ガス排出側に配設された燃焼室と、前記改質器、前記燃料電池セルスタック及び前記燃焼室を収容するための電池収容ハウジングとを備えた固体酸化物形燃料電池であって、
前記改質器、前記燃料電池セルスタック及び前記燃焼室の少なくともいずれか一つに関連する温度測定部位の温度を検出するとともに、前記燃料電池セルスタックに関連する電圧測定部位の出力電圧を検出し、前記温度測定部位の検知温度及び前記電圧測定部位の検知電圧に基づいて、燃料ガス、改質用水及び空気の供給量の少なくともいずれか二つの経時的変化を検知することを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
A fuel gas supply means for supplying fuel gas from a fuel gas supply source through the fuel gas supply flow path; a water supply means for supplying reforming water through the water supply flow path; and A reformer for steam reforming the fuel gas using reforming water from the water supply means; an air supply means for supplying air as an oxidant through an air supply channel; and the reformer A fuel cell stack comprising a plurality of fuel cells that generate power by oxidation and reduction of the reformed fuel gas and the oxidizing material from the air supply means, and the fuel gas of the fuel cell stack A solid oxide fuel cell comprising a combustion chamber disposed on the discharge side, and a battery housing for housing the reformer, the fuel cell stack and the combustion chamber,
Detecting a temperature of a temperature measurement portion related to at least one of the reformer, the fuel cell stack, and the combustion chamber, and detecting an output voltage of a voltage measurement portion related to the fuel cell stack. And detecting a change with time of at least any two of the supply amounts of fuel gas, reforming water, and air based on the detected temperature of the temperature measuring portion and the detected voltage of the voltage measuring portion. Physical fuel cell.
前記改質器、前記燃料電池セルスタック及び前記燃焼室のいずれか一つ又は二つに関連する二個所の温度測定部位の温度を検出するとともに、前記燃料電池セルスタックに関連する電圧測定部位の出力電圧を検出し、前記二個所の温度測定部位の検知温度及び前記電圧測定部位の検知電圧に基づいて、燃料ガス、改質用水及び空気の供給流量の経時的変化を検知することを特徴とする請求項7に記載の固体酸化物形燃料電池。   The temperature of two temperature measurement parts related to any one or two of the reformer, the fuel cell stack, and the combustion chamber is detected, and the voltage measurement part related to the fuel cell stack is detected. An output voltage is detected, and a change with time in the supply flow rates of the fuel gas, the reforming water and the air is detected based on the detection temperature of the two temperature measurement parts and the detection voltage of the voltage measurement part. The solid oxide fuel cell according to claim 7. 燃料ガス供給源からの燃料ガスを燃料ガス供給流路を通して供給するための燃料ガス供給手段と、改質用水を水供給流路を通して供給するための水供給手段と、前記燃料ガス供給手段からの燃料ガスを前記水供給手段からの改質用水を用いて水蒸気改質するための改質器と、酸化材としての空気を空気供給流路を通して供給するための空気供給手段と、前記改質器にて改質された改質燃料ガス及び前記空気供給手段からの酸化材の酸化及び還元によって発電を行う燃料電池セルを複数個備えた燃料電池セルスタックと、前記燃料電池セルスタックの前記燃料ガス排出側に配設された燃焼室と、前記改質器、前記燃料電池セルスタック及び前記燃焼室を収容するための電池収容ハウジングとを備えた固体酸化物形燃料電池であって、
前記燃料電池セルスタックに関連する少なくとも二個所の電圧測定部位の出力電圧を検出し、前記少なくとも二個所の電圧測定部位の検知電圧に基づいて、燃料ガス、改質用水及び空気の供給量の少なくともいずれか二つの経時的変化を検知することを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
A fuel gas supply means for supplying fuel gas from a fuel gas supply source through the fuel gas supply flow path; a water supply means for supplying reforming water through the water supply flow path; and A reformer for steam reforming the fuel gas using reforming water from the water supply means; an air supply means for supplying air as an oxidant through an air supply channel; and the reformer A fuel cell stack comprising a plurality of fuel cells that generate power by oxidation and reduction of the reformed fuel gas and the oxidizing material from the air supply means, and the fuel gas of the fuel cell stack A solid oxide fuel cell comprising a combustion chamber disposed on the discharge side, and a battery housing for housing the reformer, the fuel cell stack and the combustion chamber,
Detecting output voltages of at least two voltage measurement parts related to the fuel cell stack, and based on the detected voltages of the at least two voltage measurement parts, at least the supply amounts of fuel gas, reforming water and air A solid oxide fuel cell characterized in that any two changes over time are detected.
前記燃料電池セルスタックに関連する二個所の電圧測定部位の出力電圧を検出するとともに、前記改質器、前記燃料電池セルスタック及び前記燃焼室のいずれか一つに関連する温度測定部位の温度を検出し、前記二個所の電圧測定部位の検知電圧及び前記温度測定部位の検知温度に基づいて、燃料ガス、改質用水及び空気の供給流量の経時的変化を検知することを特徴とする請求項9に記載の固体酸化物形燃料電池。   The output voltage of two voltage measurement parts related to the fuel cell stack is detected, and the temperature of the temperature measurement part related to any one of the reformer, the fuel cell stack and the combustion chamber is detected. And detecting changes over time in the supply flow rates of the fuel gas, the reforming water and the air based on the detection voltage of the two voltage measurement parts and the detection temperature of the temperature measurement part. 9. The solid oxide fuel cell according to 9. 前記燃料電池セルスタックに関連する三個所の電圧測定部位の出力電圧を検出し、前記三個所の電圧測定部位の検知電圧に基づいて、燃料ガス、改質用水及び空気の供給流量の経時的変化を検知することを特徴とする請求項9に記載の固体酸化物形燃料電池。






Detecting output voltages of three voltage measurement sites related to the fuel cell stack, and changing the supply flow rates of fuel gas, reforming water and air over time based on the detection voltages of the three voltage measurement sites The solid oxide fuel cell according to claim 9, wherein the solid oxide fuel cell is detected.






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