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JP5026009B2 - Fuel cell system - Google Patents

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JP5026009B2 JP2006196105A JP2006196105A JP5026009B2 JP 5026009 B2 JP5026009 B2 JP 5026009B2 JP 2006196105 A JP2006196105 A JP 2006196105A JP 2006196105 A JP2006196105 A JP 2006196105A JP 5026009 B2 JP5026009 B2 JP 5026009B2
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Description

本発明は燃料電池システムに関し、特に1つの空気供給手段で燃料処理装置の燃焼部及び燃料電池の各々に適切な流量の空気を供給する燃料電池システムに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system that supplies air at an appropriate flow rate to each of a combustion section and a fuel cell of a fuel processing apparatus with one air supply means.

燃料電池は水素と酸素との電気化学的反応により発電する。一般には、燃料電池に空気を供給し、空気中の酸素が発電に用いられる。他方、燃料電池の発電に用いる水素は、原料を水素に富むガスに改質する燃料処理装置を用い、この燃料処理装置で生成された水素に富む改質ガスを燃料電池に供給することで賄うことが多い。燃料処理装置において原料を改質する際には改質熱を供給するが、改質熱は燃料処理装置の燃焼部に燃料と空気とを供給して燃料を燃焼させることにより発生させるのが一般的である。従来は、燃料電池と燃料処理装置の燃焼部とに個別に空気を供給していた(例えば、特許文献1参照。)。
特開2006−49040号公報(図1等)
A fuel cell generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. In general, air is supplied to the fuel cell, and oxygen in the air is used for power generation. On the other hand, the hydrogen used for power generation of the fuel cell is covered by using a fuel processing device that reforms the raw material into a gas rich in hydrogen and supplying the fuel-rich reformed gas generated by the fuel processing device to the fuel cell. There are many cases. When reforming a raw material in a fuel processing apparatus, reforming heat is supplied, but the reforming heat is generally generated by supplying fuel and air to the combustion section of the fuel processing apparatus and burning the fuel. Is. Conventionally, air has been individually supplied to the fuel cell and the combustion section of the fuel processing apparatus (see, for example, Patent Document 1).
JP 2006-49040 A (FIG. 1 etc.)

燃料電池と燃料処理装置の燃焼部とに1つの空気供給手段で空気を供給することができればコストダウンを図ることができる。しかしながら、燃料電池と燃料処理装置の燃焼部とに供給する空気の比率が必ずしも一定ではないことから、1つの空気供給手段で燃料電池及び燃料処理装置の燃焼部の各々に適切な流量の空気を供給することは困難であった。   If air can be supplied to the fuel cell and the combustion section of the fuel processing apparatus by a single air supply means, the cost can be reduced. However, since the ratio of the air supplied to the fuel cell and the combustion part of the fuel processing device is not necessarily constant, air of an appropriate flow rate is supplied to each of the fuel cell and the combustion part of the fuel processing device by one air supply means. It was difficult to supply.

本発明は上述の課題に鑑み、1つの空気供給手段で燃料電池及び燃料処理装置の燃焼部の各々に適切な流量の空気を供給する燃料電池システムを提供することを目的とする。   In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a fuel cell system that supplies air at an appropriate flow rate to each of a combustion section of a fuel cell and a fuel processing device with one air supply means.

上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明に係る燃料電池システムは、例えば図1に示すように、原料m1を導入し改質して水素に富む改質ガスgを生成する改質部25と、燃料pと燃焼用空気aとを導入し燃料pを燃焼させて改質部25における改質に用いられる改質熱を発生させる燃焼部23とを有する燃料処理装置20と;発電用空気tと改質ガスgとを導入し、発電用空気t中の酸素と改質ガスg中の水素との電気化学反応により発電する燃料電池30と;燃焼部23に燃焼用空気aを供給し、燃料電池30に発電用空気tを供給する空気供給手段42と;燃焼部23に導入される燃焼用空気aの流量を検出する燃焼用空気流量検出手段48と;燃焼部23に導入される燃焼用空気aの流量を調節する燃焼用空気流量調節手段42、68GPと;燃焼部23に導入される燃料pの流量を把握する燃料流量把握手段41、43、46と;燃焼部23における、燃焼用空気a中の酸素の流量の、燃料p中の可燃成分の流量に対する比が所定の比率となるように燃焼用空気流量調節手段42、68GPを制御する制御装置40とを備える。   In order to achieve the above object, a fuel cell system according to a first aspect of the present invention is a modified fuel cell system in which a raw material m1 is introduced and reformed to generate a reformed gas g rich in hydrogen, as shown in FIG. A fuel processor 20 having a mass part 25 and a combustion part 23 for introducing the fuel p and the combustion air a and combusting the fuel p to generate reforming heat used for reforming in the reforming part 25; A fuel cell 30 that introduces the power generation air t and the reformed gas g, and generates power by an electrochemical reaction between oxygen in the power generation air t and hydrogen in the reformed gas g; Supply means 42 for supplying power generation air t to the fuel cell 30; combustion air flow rate detection means 48 for detecting the flow rate of combustion air a introduced into the combustion section 23; Combustion air flow rate adjusting hand for adjusting the flow rate of the introduced combustion air a 42, 68GP; fuel flow grasping means 41, 43, 46 for grasping the flow rate of the fuel p introduced into the combustion section 23; the flow rate of oxygen in the combustion air a in the combustion section 23 in the fuel p And a control device 40 for controlling the combustion air flow rate adjusting means 42 and 68GP so that the ratio of the combustible component to the flow rate becomes a predetermined ratio.

このように構成すると、燃焼部に燃焼用空気を供給し、燃料電池に発電用空気を供給する空気供給手段を備えるので、1つの空気供給手段で燃料電池及び燃料処理装置の燃焼部に空気を供給することができる。また、燃焼部における、燃焼用空気中の酸素の流量の、燃料中の可燃成分の流量に対する比が所定の比率となるように燃焼用空気流量調節手段を制御するので、特に燃焼部に適切な流量の燃焼用空気を供給することができ、燃料の不完全燃焼に伴う一酸化炭素の排出を低減することができる。   With this configuration, the air supply means for supplying the combustion air to the combustion section and the power generation air to the fuel cell is provided, so that the air is supplied to the combustion section of the fuel cell and the fuel processing device by one air supply means. Can be supplied. In addition, since the combustion air flow rate adjusting means is controlled so that the ratio of the flow rate of oxygen in the combustion air to the flow rate of combustible components in the fuel in the combustion section becomes a predetermined ratio, it is particularly suitable for the combustion section. A flow rate of combustion air can be supplied, and emission of carbon monoxide accompanying incomplete combustion of fuel can be reduced.

また、請求項に記載の発明に係る燃料電池システムは、例えば図1に示すように、燃料電池30での電気化学反応に利用されなかった水素を含むアノードオフガスpを、燃料として燃焼部23へ導くアノードオフガス管52と;燃料電池30に導入される発電用空気tの流量を検出する発電用空気流量検出手段41、44と;燃料電池30における発電電流を検出する発電電流検出手段43とを備え;制御装置40が、燃料電池30における酸素の利用率が第1の所定の利用率となるように空気供給手段42を制御するように構成されている。 In addition, the fuel cell system according to the first aspect of the present invention includes, for example, as shown in FIG. 1, the combustion part 23 using, as fuel, anode offgas p containing hydrogen that has not been used for the electrochemical reaction in the fuel cell 30. An anode off-gas pipe 52 that leads to the fuel cell 30 ; a power generation air flow rate detection means 41 and 44 that detects the flow rate of the power generation air t introduced into the fuel cell 30; and a power generation current detection means 43 that detects the power generation current in the fuel cell 30 The control device 40 is configured to control the air supply means 42 so that the oxygen utilization rate in the fuel cell 30 becomes the first predetermined utilization rate.

このように構成すると、燃料電池における酸素の利用率が第1の所定の利用率となるように空気供給手段を制御するので、空気供給過多により低加湿運転となることを防ぎ、空気供給不足により発電電圧が不安定となることを防ぐことができ、燃料電池の耐久性を低下させないように発電用空気の供給流量を調節することが可能となる。すなわち、燃料電池に適切な流量の発電用空気を供給することができる。   With this configuration, the air supply means is controlled so that the oxygen utilization rate in the fuel cell becomes the first predetermined utilization rate. Therefore, the low humidification operation is prevented by excessive air supply, and the air supply is insufficient. It is possible to prevent the power generation voltage from becoming unstable, and it is possible to adjust the supply flow rate of power generation air so as not to reduce the durability of the fuel cell. That is, it is possible to supply power generation air at an appropriate flow rate to the fuel cell.

また、請求項に記載の発明に係る燃料電池システムは、例えば図1に示すように、空気供給手段42から吐出された燃焼用空気aを燃焼部23へと導く燃焼用空気供給ライン58と;圧力損失が異なる複数の絞り手段68A、68Bが燃焼用空気供給ライン58上にそれぞれ並列に配設されて構成された絞り手段群68GPとを備え;空気供給手段42がモータの回転により空気を吐出する機器で構成され;燃焼用空気流量調節手段が、モータの回転速度を調節する回転速度調節手段42vと絞り手段群68GPとで構成され;制御装置40が、燃焼部23における燃焼用空気aの流量の燃料pの流量に対する比が所定の空気比となるようにモータの回転速度を調節しつつ燃料電池30における酸素の利用率が第1の所定の利用率となるように複数の絞り手段68A、68Bの中から燃焼用空気aを流す絞り手段68A、68Bを決定するように構成されている。 The fuel cell system according to the first aspect of the present invention, for example, as shown in FIG. 1, the combustion air supply line 58 leading to the combustion air a discharged from air supply means 42 to the combustion section 23 A plurality of throttle means 68A, 68B having different pressure losses and a throttle means group 68GP arranged in parallel on the combustion air supply line 58; and the air supply means 42 generates air by rotation of the motor. The combustion air flow rate adjusting means is composed of a rotational speed adjusting means 42v for adjusting the rotational speed of the motor and a throttle means group 68GP; and the control device 40 is a combustion air in the combustion section 23. The oxygen utilization rate in the fuel cell 30 becomes the first predetermined utilization rate while adjusting the rotation speed of the motor so that the ratio of the flow rate of a to the flow rate of the fuel p becomes a predetermined air ratio. A plurality of throttling means 68A, throttle means 68A to flow combustion air a from the 68B to, is configured to determine 68B.

このように構成すると、圧力損失が異なる複数の絞り手段が燃焼用空気供給ライン上にそれぞれ並列に配設されて構成された絞り手段群を備え、燃焼部における燃焼用空気の流量の燃料の流量に対する比が所定の空気比となるようにモータの回転速度を調節しつつ燃料電池における酸素の利用率が第1の所定の利用率となるように複数の絞り手段の中から燃焼用空気を流す絞り手段を決定するので、単純な構成で燃料電池及び燃料処理装置の燃焼部の各々に適切な流量の空気を供給することができる。   With this configuration, a plurality of throttle means having different pressure losses are provided on the combustion air supply line, and the throttle means group is configured to be arranged in parallel, and the fuel flow rate of the combustion air flow rate in the combustion section The combustion air is allowed to flow from the plurality of throttle means so that the oxygen utilization rate in the fuel cell becomes the first predetermined utilization rate while adjusting the rotational speed of the motor so that the ratio to the air ratio becomes a predetermined air ratio. Since the throttling means is determined, air of an appropriate flow rate can be supplied to each of the combustion portions of the fuel cell and the fuel processing apparatus with a simple configuration.

また、請求項に記載の発明に係る燃料電池システムは、例えば図1に示すように、請求項1又は請求項に記載の燃料電池システム10において、空気供給手段42から吐出された発電用空気tを燃料電池30へと導く発電用空気供給ライン54と;発電用空気供給ライン54に配設され、発電用空気供給ライン54の発電用空気tの流れを遮断可能な遮断弁64とを備える。 Further, the fuel cell system according to the invention described in claim 3 is, for example, as shown in FIG. 1, for generating power discharged from the air supply means 42 in the fuel cell system 10 according to claim 1 or 2 . A power generation air supply line 54 for guiding the air t to the fuel cell 30; and a shutoff valve 64 disposed in the power generation air supply line 54 and capable of blocking the flow of the power generation air t in the power generation air supply line 54. Prepare.

このように構成すると、発電用空気供給ラインの発電用空気の流れを遮断可能な遮断弁を備えるので、発電を行わないときに発電用空気の流れを遮断することが可能となり、発電を行わないときに空気を燃料電池に供給することによる燃料電池の触媒劣化や膜乾燥に伴う燃料電池の性能低下を防ぐことができる。   If comprised in this way, since the cutoff valve which can interrupt | block the flow of power generation air of a power generation air supply line is provided, it becomes possible to interrupt | block the flow of power generation air when not generating power, and does not generate power It is possible to prevent deterioration of the fuel cell performance due to the catalyst deterioration of the fuel cell and the membrane drying caused by supplying air to the fuel cell.

また、請求項に記載の発明に係る燃料電池システムは、例えば図1を参照して示すと、請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載の燃料電池システム10において、燃焼用空気流量検出手段48が流量計である。 A fuel cell system according to a fourth aspect of the present invention is the combustion air in the fuel cell system according to any one of the first to third aspects, for example, referring to FIG. The flow rate detection means 48 is a flow meter.

このように構成すると、燃焼用空気の流量を直接的に計測することができ、燃焼用空気流量調節手段をより高精度に調節することが可能となって、より確実に燃料の不完全燃焼に伴う一酸化炭素の排出を低減することができる。   If comprised in this way, the flow volume of combustion air can be measured directly, it will become possible to adjust combustion air flow volume adjustment means with high precision, and incomplete combustion of fuel more reliably. The accompanying carbon monoxide emissions can be reduced.

また、請求項に記載の発明に係る燃料電池システムは、例えば図1に示すように、請求項乃至請求項のいずれか1項に記載の燃料電池システム10において、燃料電池30に導入される発電用空気tの圧力から発電用空気tの流量を求める演算部41を備え;発電用空気流量検出手段が、燃料電池30に導入される発電用空気tの圧力を検出する圧力検出器44と演算部41とを含んで構成されている。 The fuel cell system according to the invention of claim 5, for example, as shown in FIG. 1, in the fuel cell system 10 according to any one of claims 1 to 4, introduced into the fuel cell 30 A calculation unit 41 for determining the flow rate of the power generation air t from the pressure of the generated power generation air t; a pressure detector for detecting the pressure of the power generation air t introduced into the fuel cell 30 by the power generation air flow rate detection means 44 and the calculation part 41 are comprised.

このように構成すると、発電用空気流量検出手段が燃料電池に導入される発電用空気の圧力を検出する圧力検出器と演算部とを含んで構成されているので、一般に流量計よりも安価な圧力検出器を用いることが可能となり、燃料電池システムのコストダウンを図ることができる。   If comprised in this way, since the power generation air flow rate detection means is comprised including the pressure detector and operation part which detect the pressure of the power generation air introduce | transduced into a fuel cell, it is generally cheaper than a flowmeter. A pressure detector can be used, and the cost of the fuel cell system can be reduced.

また、請求項に記載の発明に係る燃料電池システムは、例えば図1に示すように、請求項に記載の燃料電池システム10において、演算部41に、燃料電池30の発電電流と、該発電電流を発電する流量の発電用空気tを第2の所定の酸素の利用率で燃料電池30に導入した場合における燃料電池30に導入される発電用空気tの圧力である定常燃料電池入口空気圧力と、の関係があらかじめ記憶されており;さらに演算部41が、燃料電池30の発電電流の変動に追随して変動する燃料電池抵抗係数と前記定常燃料電池入口空気圧力とから燃料電池30に導入される発電用空気tの目標とする圧力である目標燃料電池入口空気圧力を算出するように構成され;制御装置40が、圧力検出器44で検出される圧力が目標燃料電池入口空気圧力Ptとなるように空気供給手段42を制御するように構成されている。 Further, the fuel cell system according to the invention described in claim 6 is, for example, as shown in FIG. 1, in the fuel cell system 10 according to claim 5 , the calculation unit 41 includes a power generation current of the fuel cell 30, Stationary fuel cell inlet air, which is the pressure of the power generation air t introduced into the fuel cell 30 when the power generation air t at a flow rate for generating the power generation current is introduced into the fuel cell 30 at the second predetermined oxygen utilization rate. The relationship between the pressure and the pressure is stored in advance; the calculation unit 41 further supplies the fuel cell 30 with the fuel cell resistance coefficient that fluctuates following the fluctuation of the generated current of the fuel cell 30 and the steady fuel cell inlet air pressure. It is configured to calculate a target fuel cell inlet air pressure, which is a target pressure of the introduced power generation air t; the control device 40 detects the pressure detected by the pressure detector 44 as the target fuel cell inlet air. Is configured to control the air supply means 42 so that the force Pt.

このように構成すると、燃料電池の圧力損失が変動しても適切な流量の発電用空気を燃料電池に供給することができる。   If comprised in this way, even if the pressure loss of a fuel cell fluctuates, the air for electric power generation of an appropriate flow rate can be supplied to a fuel cell.

本発明によれば、燃焼部に燃焼用空気を供給し、燃料電池に発電用空気を供給する空気供給手段を備えるので、1つの空気供給手段で燃料電池及び燃料処理装置の燃焼部に空気を供給することができる。また、燃焼部における、燃焼用空気中の酸素の流量の、燃料中の可燃成分の流量に対する比が所定の比率となるように燃焼用空気流量調節手段を制御するので、特に燃焼部に適切な流量の燃焼用空気を供給することができ、燃料の不完全燃焼に伴う一酸化炭素の排出を低減することができる。   According to the present invention, the air supply means for supplying the combustion air to the combustion section and the power generation air to the fuel cell is provided, so that the air is supplied to the combustion section of the fuel cell and the fuel processing device by one air supply means. Can be supplied. In addition, since the combustion air flow rate adjusting means is controlled so that the ratio of the flow rate of oxygen in the combustion air to the flow rate of combustible components in the fuel in the combustion section becomes a predetermined ratio, it is particularly suitable for the combustion section. A flow rate of combustion air can be supplied, and emission of carbon monoxide accompanying incomplete combustion of fuel can be reduced.

以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each drawing, the same or corresponding members are denoted by the same or similar reference numerals, and redundant description is omitted.

まず図1を参照して、本発明の実施の形態に係る燃料電池システム10を説明する。図1は、燃料電池システム10の模式的系統図である。燃料電池システム10は、主要な構成部材として、水素に富む改質ガスgを生成する燃料処理装置20と、水素と酸素との電気化学的反応により発電する燃料電池30と、燃料処理装置20及び燃料電池30に空気を供給する空気供給手段としての空気ブロワ42と、燃料電池システム10の運転を制御する制御装置40とを備えている。   First, a fuel cell system 10 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic system diagram of the fuel cell system 10. The fuel cell system 10 includes, as main components, a fuel processing device 20 that generates a reformed gas g rich in hydrogen, a fuel cell 30 that generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, a fuel processing device 20, An air blower 42 as air supply means for supplying air to the fuel cell 30 and a control device 40 for controlling the operation of the fuel cell system 10 are provided.

燃料処理装置20は、原料m1とプロセス水sとを導入し水蒸気改質反応により水素に富む改質ガスgを生成する改質部25と、原料m1の水蒸気改質反応に用いる改質熱を発生する燃焼部23とを備えている。原料m1は、典型的には、メタン、エタン等の鎖式炭化水素(天然ガスも含む)、あるいはメタノール、石油製品(灯油、ガソリン、ナフサ、LPG等)等の炭化水素を主成分とする混合物等の炭化水素系の燃料であり、加熱用の燃焼に適するものが用いられる。改質部25に導入するプロセス水sは水蒸気であってもよい。また、水素に富む改質ガスgとは、水素を主成分とするガスであり、水素を40体積%以上、典型的には70〜80体積%程度含んだ、燃料電池30に供給するガスである。改質ガスg中の水素濃度は80体積%以上でもよく、すなわち燃料電池30に供給したときに発電用空気t中の酸素との電気化学的反応により発電可能な濃度であればよい。   The fuel processor 20 introduces the raw material m1 and the process water s and generates a reformed gas g rich in hydrogen by a steam reforming reaction, and the reforming heat used for the steam reforming reaction of the raw material m1. And a combustion section 23 that is generated. The raw material m1 is typically a chain hydrocarbon (including natural gas) such as methane or ethane, or a mixture mainly composed of hydrocarbons such as methanol and petroleum products (kerosene, gasoline, naphtha, LPG, etc.) A hydrocarbon-based fuel such as that suitable for combustion for heating is used. The process water s introduced into the reforming unit 25 may be steam. The reformed gas g rich in hydrogen is a gas containing hydrogen as a main component, and is a gas supplied to the fuel cell 30 containing hydrogen in an amount of 40% by volume or more, typically about 70 to 80% by volume. is there. The hydrogen concentration in the reformed gas g may be 80% by volume or more, that is, any concentration that allows power generation by an electrochemical reaction with oxygen in the power generation air t when supplied to the fuel cell 30.

改質部25には、改質触媒が充填されており、水蒸気改質反応を促進させるように構成されている。改質触媒としては、典型的には、ニッケル系改質触媒やルテニウム系改質触媒が用いられる。改質触媒の作用により原料m1が改質されて生成された水素に富むガスに所定量以上の一酸化炭素が含まれていると、燃料電池30の電極触媒が被毒する。そのため、改質部25は、変成触媒が充填された変成部(不図示)、及び選択酸化触媒が充填された選択酸化部(不図示)を有し、燃料処理装置20から導出される改質ガスg中の一酸化炭素濃度が約10体積ppm以下、好適には1体積ppm程度となるようにするのが好ましい。変成触媒には、典型的には、鉄−クロム系変成触媒、銅−亜鉛系変成触媒、白金系変成触媒等が用いられる。選択酸化触媒には、典型的には、白金系選択酸化触媒、ルテニウム系選択酸化触媒、白金−ルテニウム系選択酸化触媒等が用いられる。なお、改質触媒における反応は吸熱反応であるが、変成触媒を有する変成部及び選択酸化触媒を有する選択酸化部における反応は発熱反応となる。   The reforming unit 25 is filled with a reforming catalyst and configured to promote a steam reforming reaction. As the reforming catalyst, a nickel-based reforming catalyst or a ruthenium-based reforming catalyst is typically used. If the gas rich in hydrogen produced by reforming the raw material m1 by the action of the reforming catalyst contains a predetermined amount or more of carbon monoxide, the electrode catalyst of the fuel cell 30 is poisoned. Therefore, the reforming unit 25 has a shift unit (not shown) filled with a shift catalyst and a selective oxidation unit (not shown) filled with a selective oxidation catalyst, and is reformed derived from the fuel processor 20. It is preferable that the concentration of carbon monoxide in the gas g is about 10 ppm by volume or less, preferably about 1 ppm by volume. As the shift catalyst, typically, an iron-chromium shift catalyst, a copper-zinc shift catalyst, a platinum shift catalyst, or the like is used. Typically, a platinum-based selective oxidation catalyst, a ruthenium-based selective oxidation catalyst, a platinum-ruthenium-based selective oxidation catalyst, or the like is used as the selective oxidation catalyst. The reaction in the reforming catalyst is an endothermic reaction, but the reaction in the shift part having the shift catalyst and the selective oxidation part having the selective oxidation catalyst is an exothermic reaction.

改質部25には、原料m1を導入するための原料管56Aと、プロセス水sを導入するためのプロセス水管59とが接続されている。プロセス水管59は、改質部25直近の原料管56Aに接続されていると、原料m1とプロセス水sとが混合された状態で改質部25に導入されて好適である。しかしながら、プロセス水管59が改質部25に直接接続されていてもよい。原料管56Aには、原料調節弁66Aが設けられている。原料調節弁66Aは、制御装置40と信号ケーブルで接続されており、制御装置40からの信号を受信して弁の開度を調節することができるように構成されている。また、原料管56Aには改質部25に導入される原料m1の流量を検出する原料流量計46が配設されている。原料流量計46は制御装置40と信号ケーブルで接続されており、計測した原料m1の流量を信号として制御装置40に送信することができるように構成されている。また、改質部25(改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減させる部位を有する場合は当該部位)には改質ガスgを導出する改質ガス管51が接続されている。   A raw material pipe 56A for introducing the raw material m1 and a process water pipe 59 for introducing the process water s are connected to the reforming unit 25. If the process water pipe 59 is connected to the raw material pipe 56A closest to the reforming section 25, it is preferable that the process water pipe 59 is introduced into the reforming section 25 in a state where the raw material m1 and the process water s are mixed. However, the process water pipe 59 may be directly connected to the reforming unit 25. A raw material adjusting valve 66A is provided in the raw material pipe 56A. The raw material adjustment valve 66A is connected to the control device 40 through a signal cable, and is configured to receive a signal from the control device 40 and adjust the opening of the valve. The raw material pipe 56A is provided with a raw material flow meter 46 for detecting the flow rate of the raw material m1 introduced into the reforming unit 25. The raw material flow meter 46 is connected to the control device 40 with a signal cable, and is configured to be able to transmit the measured flow rate of the raw material m1 to the control device 40 as a signal. In addition, a reformed gas pipe 51 for deriving the reformed gas g is connected to the reforming unit 25 (in the case where the reformed gas has a site for reducing the carbon monoxide concentration).

燃焼部23は、改質部25の改質触媒が設けられている位置に隣接するように、燃料処理装置20内に配設されている。燃焼部23は、炭化水素系燃料である燃焼燃料m2、並びに水素含有ガスであるアノードオフガスp及び改質ガスgを導入すると共に、空気ブロワ42で送気される空気の一部である燃焼用空気aを導入し、バーナー(不図示)でこれらを燃焼させて水蒸気改質反応に用いる改質熱を得ることができるように構成されている。燃焼部23は、燃料電池システム10の状態に応じて、燃焼燃料m2、アノードオフガスp、改質ガスgのいずれか1種類あるいは2種類以上を導入して燃焼させる。燃焼燃料m2は、本実施の形態では、原料m1と同じものが使用される。すなわち、原料m1及び燃焼燃料m2は、原料燃料管56を流れる原料燃料mが分流したものを用途に応じて呼称を変えたものであり、成分は同じものである。原料燃料管56には、気体の原料燃料mを送る燃料ブロワ(不図示)が配設される。なお、原料燃料mが液体の場合は燃料ブロワ(不図示)に代えて燃料ポンプ(不図示)が配設される。燃焼部23には、改質熱を発生するための装置として、バーナー(不図示)が設けられている。燃焼部23には、アノードオフガスp及び改質ガスgを導入可能なアノードオフガス管52と、燃焼燃料m2を導入する燃料管56Bとが接続されている。燃料管56Bには、燃焼用空気aを導入する燃焼用空気供給ラインとしての燃焼用空気管58が接続されている。燃焼用空気管58が接続された位置よりも上流の燃料管56Bには、燃焼調節弁66B及びチェッキ弁66Cが、上流から下流に向かってこの順に配設されている。燃焼調節弁66Bは、制御装置40と信号ケーブルで接続されており、制御装置40からの信号を受信して弁の開度を調節することができるように構成されている。   The combustion unit 23 is disposed in the fuel processing apparatus 20 so as to be adjacent to a position where the reforming catalyst of the reforming unit 25 is provided. The combustion unit 23 introduces a combustion fuel m2 that is a hydrocarbon-based fuel, an anode off-gas p and a reformed gas g that are hydrogen-containing gas, and is a part for air that is sent by an air blower 42 Air a is introduced, and these are burned by a burner (not shown) so as to obtain reforming heat used for the steam reforming reaction. Depending on the state of the fuel cell system 10, the combustion unit 23 introduces one or more of the combustion fuel m2, the anode offgas p, and the reformed gas g and burns them. In the present embodiment, the same combustion fuel m2 as the raw material m1 is used. That is, the raw material m1 and the combustion fuel m2 are obtained by changing the names of the raw material fuel m flowing through the raw material fuel pipe 56 depending on the application, and the components are the same. The raw fuel pipe 56 is provided with a fuel blower (not shown) for sending gaseous raw fuel m. When the raw material fuel m is liquid, a fuel pump (not shown) is provided instead of a fuel blower (not shown). The combustion unit 23 is provided with a burner (not shown) as a device for generating reforming heat. An anode offgas pipe 52 capable of introducing the anode offgas p and the reformed gas g and a fuel pipe 56B for introducing the combustion fuel m2 are connected to the combustion unit 23. A combustion air pipe 58 as a combustion air supply line for introducing the combustion air a is connected to the fuel pipe 56B. A combustion control valve 66B and a check valve 66C are arranged in this order from upstream to downstream in the fuel pipe 56B upstream of the position where the combustion air pipe 58 is connected. The combustion control valve 66B is connected to the control device 40 via a signal cable, and is configured to receive a signal from the control device 40 and adjust the opening of the valve.

燃焼用空気管58には、燃焼用空気aの流量を計測する燃焼用空気流量検出手段としての燃焼用空気流量計48が配設されている。燃焼用空気流量計48は、サーマル式流量計等の質量流量を検出するマスフローセンサが用いられ、温度や圧力の補正を要さずに標準の状態の燃焼用空気aの流量を検出することができる。燃焼用空気流量計48は制御装置40と信号ケーブルで接続されており、計測した燃焼用空気aの流量を信号として制御装置40に送信することができるように構成されている。   The combustion air pipe 58 is provided with a combustion air flow meter 48 as combustion air flow rate detection means for measuring the flow rate of the combustion air a. The combustion air flow meter 48 uses a mass flow sensor that detects a mass flow rate such as a thermal flow meter, and can detect the flow rate of the combustion air a in a standard state without requiring correction of temperature and pressure. it can. The combustion air flow meter 48 is connected to the control device 40 through a signal cable, and is configured to transmit the measured flow rate of the combustion air a as a signal to the control device 40.

また、燃焼用空気管58は、燃焼用空気流量計48の上流側で、燃焼用空気aの流路が一部分で2つに分かれるように第1燃焼用空気管58Aと第2燃焼用空気管58Bとの2つの管が並列に配設されている。すなわち、1本の燃焼用空気管58が途中で第1燃焼用空気管58Aと第2燃焼用空気管58Bとの2本に分かれ、再び合流して1本の燃焼用空気管58となるように構成されている。第1燃焼用空気管58Aには、絞り手段としてのオリフィス68Aが配設されている。第2燃焼用空気管58Bには、絞り手段としてのオリフィス68Bが配設されている。オリフィス68Bは、オリフィス68Aと異なる圧力損失となっている。本実施の形態では、オリフィス68Bがオリフィス68Aよりも大きな圧力損失を有している。これら複数の圧力損失の異なるオリフィス68A、68Bから絞り手段群68GPが構成されている。燃焼用空気管58から第1燃焼用空気管58Aと第2燃焼用空気管58Bとに分かれる分岐部には、絞り選択三方弁68が配設されている。絞り選択三方弁68を切り替えることにより、燃焼用空気aの流路を第1燃焼用空気管58A又は第2燃焼用空気管58Bに切り替えることができる。絞り選択三方弁68は、制御装置40と信号ケーブルで接続されており、制御装置40からの信号を受信して弁の切替動作が行われるように構成されている。本実施の形態では、絞り手段としてオリフィス68A、68Bを用いることで、制御弁を用いる場合に比べてシステムのコストダウンを図っている。   Further, the combustion air pipe 58 has a first combustion air pipe 58A and a second combustion air pipe so that the flow path of the combustion air a is partially divided into two on the upstream side of the combustion air flow meter 48. Two pipes 58B are arranged in parallel. That is, one combustion air pipe 58 is divided into two, a first combustion air pipe 58A and a second combustion air pipe 58B, and merges again to form one combustion air pipe 58. It is configured. The first combustion air pipe 58A is provided with an orifice 68A as a throttle means. The second combustion air pipe 58B is provided with an orifice 68B as a throttle means. The orifice 68B has a pressure loss different from that of the orifice 68A. In the present embodiment, the orifice 68B has a larger pressure loss than the orifice 68A. The plurality of orifices 68A and 68B having different pressure losses constitute a throttle means group 68GP. A throttle selection three-way valve 68 is disposed at a branch portion where the combustion air pipe 58 is divided into a first combustion air pipe 58A and a second combustion air pipe 58B. By switching the throttle selection three-way valve 68, the flow path of the combustion air a can be switched to the first combustion air pipe 58A or the second combustion air pipe 58B. The throttle selection three-way valve 68 is connected to the control device 40 through a signal cable, and is configured to receive a signal from the control device 40 and perform a valve switching operation. In the present embodiment, by using the orifices 68A and 68B as the throttle means, the cost of the system is reduced as compared with the case where the control valve is used.

燃料電池30は、典型的には固体高分子形燃料電池である。燃料電池30は、改質ガスgを導入するアノード31と、空気ブロワ42で送気される空気の一部である発電用空気tを導入するカソード32と、電気化学的反応により発生した熱を奪う冷却部(不図示)とを含んで構成されている。カソード32に導入される発電用空気tは酸化剤ガスとして機能する。燃料電池30は、図では簡易的に示されているが、実際には、固体高分子膜をアノード31とカソード32とで挟んで単一のセルが形成され、このセルを冷却部を介し複数枚積層して構成されている。燃料電池30では、アノード31に供給された改質ガスg中の水素が水素イオンと電子とに分解し、水素イオンが固体高分子膜を通過してカソード32に移動すると共に電子がアノード31とカソード32とを結ぶ導線を通ってカソード32に移動して、カソード32に供給された発電用空気t中の酸素と反応して水を生成し、この反応の際に発熱する。この反応を化学式で示すと、アノード31側は以下の(1)式に示すようになり、カソード32側は以下の(2)式に示すようになる。
2H2 → 4H+ + 4e- ・・・(1)
2 + 4H+ + 4e- → 2H2O ・・・(2)
この反応における、電子が導線を通ることにより、直流の電力を取り出すことができる。燃料電池30には、発電した電流を検出する発電電流検出手段としての電流計43が接続されている。電流計43は、典型的には燃料電池30で発電した電流を送電するケーブル(不図示)に配設される。また、燃料電池30は、典型的には、直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナ(不図示)と電気的に接続される。
The fuel cell 30 is typically a polymer electrolyte fuel cell. The fuel cell 30 generates heat generated by an electrochemical reaction, an anode 31 that introduces the reformed gas g, a cathode 32 that introduces power generation air t that is part of the air sent by the air blower 42, and the like. It includes a cooling unit (not shown) to be taken. The power generation air t introduced into the cathode 32 functions as an oxidant gas. Although the fuel cell 30 is shown in a simplified manner in the drawing, in practice, a single cell is formed by sandwiching a solid polymer membrane between an anode 31 and a cathode 32, and a plurality of cells are connected via a cooling unit. It is configured by stacking sheets. In the fuel cell 30, hydrogen in the reformed gas g supplied to the anode 31 is decomposed into hydrogen ions and electrons, and the hydrogen ions pass through the solid polymer film and move to the cathode 32, and the electrons move to the anode 31. It moves to the cathode 32 through a conducting wire connecting to the cathode 32, reacts with oxygen in the power generation air t supplied to the cathode 32 to generate water, and generates heat during this reaction. When this reaction is represented by a chemical formula, the anode 31 side is represented by the following formula (1), and the cathode 32 side is represented by the following formula (2).
2H 2 → 4H + + 4e - ··· (1)
O 2 + 4H + + 4e → 2H 2 O (2)
In this reaction, the direct current can be taken out by passing electrons through the conducting wire. The fuel cell 30 is connected with an ammeter 43 as a generated current detection means for detecting the generated current. The ammeter 43 is typically disposed on a cable (not shown) that transmits the current generated by the fuel cell 30. The fuel cell 30 is typically electrically connected to a power conditioner (not shown) that converts DC power into AC power.

燃料電池30のアノード31では、導入された改質ガスg中の水素のすべてが上述の電気化学的反応(燃料電池30における発電)に利用される訳ではなく、一部の水素が利用される。発電に利用された水素のアノード31に導入された水素に対する比の百分率を水素の利用率といい、記号Ryで表すこととする(「Ry=(発電に利用された水素/燃料電池30に導入された水素)×100(%)」)。アノード31からは、燃料電池30での電気化学的反応に利用されなかった水素を含むアノードオフガスpが排出される。アノードオフガスpの成分は、典型的には、約半分が水素、残りの半分に二酸化炭素、窒素、メタンが含まれている。   In the anode 31 of the fuel cell 30, not all of the hydrogen in the introduced reformed gas g is used for the above-described electrochemical reaction (power generation in the fuel cell 30), but some hydrogen is used. . The percentage of the ratio of the hydrogen used for power generation to the hydrogen introduced into the anode 31 is referred to as the hydrogen utilization rate and is represented by the symbol Ry (“Ry = (hydrogen used for power generation / introduced to the fuel cell 30)”. Hydrogen) × 100 (%) ”). From the anode 31, the anode off gas p containing hydrogen that has not been used for the electrochemical reaction in the fuel cell 30 is discharged. The components of the anode off gas p typically include about half of hydrogen and the other half of carbon dioxide, nitrogen, and methane.

燃料電池30のカソード32では、導入された発電用空気t中の酸素のすべてが上述の電気化学的反応(燃料電池30における発電)に利用される訳ではなく、一部の酸素が利用される。発電に利用された酸素のカソード32に導入された酸素に対する比の百分率を酸素の利用率といい、記号Rxで表すこととする(「Rx=(発電に利用された酸素/燃料電池30に導入された酸素)×100(%)」)。カソード32からは、燃料電池30での電気化学的反応に利用されなかった酸素を含むカソードオフガスqが排出される。   In the cathode 32 of the fuel cell 30, not all of the oxygen in the introduced power generation air t is used for the above-described electrochemical reaction (power generation in the fuel cell 30), but some oxygen is used. . The percentage of the ratio of oxygen used for power generation to oxygen introduced to the cathode 32 is referred to as oxygen utilization, and is represented by the symbol Rx (“Rx = (Oxygen used for power generation / introduced to fuel cell 30). Oxygen) x 100 (%) "). From the cathode 32, a cathode offgas q containing oxygen that has not been used for the electrochemical reaction in the fuel cell 30 is discharged.

アノード31と改質部25とは、改質ガス管51を介して接続されている。また、アノード31と燃焼部23とは、アノードオフガス管52を介して接続され、アノードオフガスpを燃焼部23に導入することができるようになっている。アノードオフガス管52には、アノードオフガス弁62が配設されている。また、アノードオフガス弁62よりも下流のアノードオフガス管52と改質ガス管51とがバイパス管53で接続されている。改質ガス管51からバイパス管53が分岐する分岐部には、改質ガス三方弁61が設けられている。なお、改質ガス三方弁61を設ける代わりに、バイパス管53が分岐する分岐部より下流側の改質ガス管51に二方弁を設けると共にバイパス管53に二方弁を設け、各二方弁の開閉動作により改質ガスgの流路を切り替えるようにしてもよい。   The anode 31 and the reforming unit 25 are connected via a reformed gas pipe 51. Further, the anode 31 and the combustion part 23 are connected via an anode offgas pipe 52 so that the anode offgas p can be introduced into the combustion part 23. An anode off gas valve 62 is disposed in the anode off gas pipe 52. An anode offgas pipe 52 and the reformed gas pipe 51 downstream of the anode offgas valve 62 are connected by a bypass pipe 53. A reformed gas three-way valve 61 is provided at a branch portion where the bypass pipe 53 branches from the reformed gas pipe 51. Instead of providing the reformed gas three-way valve 61, a two-way valve is provided in the reformed gas pipe 51 on the downstream side of the branch portion where the bypass pipe 53 branches, and a two-way valve is provided in the bypass pipe 53. The flow path of the reformed gas g may be switched by opening and closing the valve.

カソード32には、発電用空気tを導入する発電用空気供給ラインとしての発電用空気管54と、カソードオフガスqを排出するカソードオフガス管55とが接続されている。発電用空気管54は、混合空気管57から分岐した管の1つであり、混合空気管57から分岐した他の1つは燃焼用空気管58である。発電用空気管54には、発電用空気遮断弁64が設けられている。発電用空気遮断弁64は、制御装置40と信号ケーブルで接続されており、制御装置40から信号を受信して弁の開閉動作が行われるように構成されている。また、発電用空気管54には圧力センサ44が配設されている。圧力センサ44は制御装置40と信号ケーブルで接続されており、検出した発電用空気管54内の圧力を信号として制御装置40に送信することができるように構成されている。また、発電用空気管54には、燃料電池30の固体高分子膜(段落0028参照)の導電率を維持するために発電用空気tを所定の加湿度まで加湿するための加湿装置(不図示)が配設される。   A power generation air pipe 54 as a power generation air supply line for introducing power generation air t and a cathode offgas pipe 55 for discharging the cathode offgas q are connected to the cathode 32. The power generation air pipe 54 is one of the pipes branched from the mixed air pipe 57, and the other one branched from the mixed air pipe 57 is the combustion air pipe 58. A power generation air shut-off valve 64 is provided in the power generation air pipe 54. The power generation air shut-off valve 64 is connected to the control device 40 via a signal cable, and is configured to receive a signal from the control device 40 and to open and close the valve. A pressure sensor 44 is disposed in the power generation air pipe 54. The pressure sensor 44 is connected to the control device 40 through a signal cable, and is configured to transmit the detected pressure in the power generation air pipe 54 to the control device 40 as a signal. Further, a humidifying device (not shown) for humidifying the power generation air t to a predetermined humidity in order to maintain the conductivity of the solid polymer film (see paragraph 0028) of the fuel cell 30 is provided in the power generation air pipe 54. ) Is disposed.

空気ブロワ42は、混合空気管57に配設されている。空気ブロワ42は、典型的にはモータを回転させることにより、モータの軸に取り付けられた羽根車が回転して、吸い込んだ空気を吐き出すように構成されている。空気ブロワ42のモータは回転速度調節手段としてのインバータ42vを介して動力を得るように構成されており、インバータ42vによって入力する電力を調節することにより、モータの回転速度を調節することができるように構成されている。モータの回転速度を調節可能にすることで羽根車の回転速度も連動して調節可能となり、空気ブロワ42から吐出する空気の流量を調節することができる。   The air blower 42 is disposed in the mixed air pipe 57. Typically, the air blower 42 is configured to rotate the impeller attached to the shaft of the motor and discharge the sucked air by rotating the motor. The motor of the air blower 42 is configured to obtain power through an inverter 42v as a rotation speed adjusting means, and the rotation speed of the motor can be adjusted by adjusting the electric power input by the inverter 42v. It is configured. By making the rotational speed of the motor adjustable, the rotational speed of the impeller can be adjusted in conjunction with it, and the flow rate of air discharged from the air blower 42 can be adjusted.

制御装置40は、改質ガス三方弁61、アノードオフガス弁62、発電用空気遮断弁64、絞り選択三方弁68に各々信号を送信し、各弁の切り替え動作あるいは開閉動作をさせることができる。また、制御装置40は、原料調節弁66A及び燃焼調節弁66Bに各々信号を送信し、各弁の開度を調節させることができる。また、制御装置40は、インバータ42vに信号を送信し、空気ブロワ42の作動及び停止並びにモータの回転速度を制御する。また、制御装置40は、電流計43、圧力センサ44、原料流量計46、燃焼用空気流量計48から各々信号を受信して、後述する演算部41で各種演算を行い、検出した各状況に基づいて燃料電池システム10の制御を行う。   The control device 40 can transmit signals to the reformed gas three-way valve 61, the anode off-gas valve 62, the power generation air shut-off valve 64, and the throttle selection three-way valve 68, respectively, to switch or open / close each valve. Further, the control device 40 can transmit signals to the raw material control valve 66A and the combustion control valve 66B, respectively, and adjust the opening degree of each valve. In addition, the control device 40 transmits a signal to the inverter 42v, and controls the operation and stop of the air blower 42 and the rotational speed of the motor. In addition, the control device 40 receives signals from the ammeter 43, the pressure sensor 44, the raw material flow meter 46, and the combustion air flow meter 48, performs various calculations in the calculation unit 41 described later, and takes each detected situation. Based on this, the fuel cell system 10 is controlled.

また、制御装置40は、演算部41を備えている。演算部41には燃料電池30に導入される発電用空気tの圧力と流量との関係が記憶されている。燃料電池30に導入される発電用空気tの圧力と流量との関係は、抵抗系の定まった燃料電池30並びに発電用空気管54及びカソードオフガス管55に固有の関係を有しており、典型的には試運転によって求められる。
図2に、燃料電池30に導入される発電用空気tの圧力と流量との関係のグラフを示す。図2のグラフは、縦軸が圧力P、横軸が流量Qであり、曲線Fが燃料電池30に導入される発電用空気tの圧力Pと流量Qとの関係を表している。曲線Fは、典型的には右上がりの2次曲線となる。なお、便宜のために図2を用いて説明したが、演算部41には曲線Fが関数として記憶されていてもよい。
In addition, the control device 40 includes a calculation unit 41. The calculation unit 41 stores the relationship between the pressure and flow rate of the power generation air t introduced into the fuel cell 30. The relationship between the pressure and the flow rate of the power generation air t introduced into the fuel cell 30 is inherent to the fuel cell 30 with a fixed resistance system, the power generation air pipe 54 and the cathode offgas pipe 55. It is required by trial operation.
FIG. 2 shows a graph of the relationship between the pressure and flow rate of power generation air t introduced into the fuel cell 30. In the graph of FIG. 2, the vertical axis represents the pressure P, the horizontal axis represents the flow rate Q, and the curve F represents the relationship between the pressure P of the power generation air t introduced into the fuel cell 30 and the flow rate Q. The curve F is typically a quadratic curve that rises to the right. Although described with reference to FIG. 2 for convenience, the calculation unit 41 may store the curve F as a function.

また、演算部41には、燃料電池30に導入される発電用空気tの流量と燃料電池30の出力との関係が、燃料電池30における酸素の利用率Rxごとに記憶されている。
図3に、酸素の利用率Rxをパラメータとした燃料電池30に導入される発電用空気tの流量と燃料電池30の出力との関係のグラフを示す。図3のグラフは、縦軸に燃料電池30に導入される発電用空気tの流量Qを、横軸に燃料電池30の出力Gを定格出力に対する割合で示している。本実施の形態では、グラフは右上がりの直線となっている。また、本実施の形態では、燃料電池30の最低出力が定格出力の30%となっており、最低出力未満の出力で作動しないようになっている。
Further, the calculation unit 41 stores the relationship between the flow rate of the power generation air t introduced into the fuel cell 30 and the output of the fuel cell 30 for each oxygen utilization rate Rx in the fuel cell 30.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the flow rate of power generation air t introduced into the fuel cell 30 and the output of the fuel cell 30 using the oxygen utilization rate Rx as a parameter. In the graph of FIG. 3, the vertical axis indicates the flow rate Q of the power generation air t introduced into the fuel cell 30, and the horizontal axis indicates the output G of the fuel cell 30 as a percentage of the rated output. In the present embodiment, the graph is a straight line rising to the right. In the present embodiment, the minimum output of the fuel cell 30 is 30% of the rated output, so that the fuel cell 30 does not operate at an output less than the minimum output.

また、演算部41には、燃料電池30における発電電流Iと、定常想定スタック内水分量Wsとの関係が記憶されている。ここで、定常想定スタック内水分量Wsとは、燃料電池30で発電したある発電電流に対して理論上発生する水分の量とその電流を発電するために発電用空気tに付随して燃料電池30内に持ち込まれる水分の量とから燃料電池30内に存在すると想定される水分量であって、水分量を想定するにあたって燃料電池30の運転履歴を考慮していないときの水分量である。
図4に、燃料電池30における発電電流Iと、定常想定スタック内水分量Wsとの関係をまとめて示す。定常想定スタック内水分量Wsは、燃料電池30の発電電流Iの増減に追随して、増減している。
Further, the calculation unit 41 stores a relationship between the generated current I in the fuel cell 30 and the moisture amount Ws in the steady assumed stack. Here, the moisture amount Ws in the normal assumed stack is the amount of moisture theoretically generated for a certain generated current generated by the fuel cell 30 and the fuel cell attached to the power generation air t to generate the current. This is the amount of water that is assumed to exist in the fuel cell 30 from the amount of water that is brought into the fuel cell 30, and is the amount of water when the operation history of the fuel cell 30 is not taken into account when the amount of water is assumed.
FIG. 4 collectively shows the relationship between the generated current I in the fuel cell 30 and the moisture amount Ws in the steady assumed stack. The moisture amount Ws in the steady assumed stack increases and decreases following the increase and decrease of the generated current I of the fuel cell 30.

また、演算部41には、燃料電池30の発電初期に燃料電池30内に存在すると想定される水分量である発電初期想定スタック内水分量Wpが記憶されている。発電初期とは、およそ燃料電池30の温度が定常運転時の温度(約60〜80℃)に達するまでの時期であり、発電初期の想定される燃料電池30内の水分量は、燃料電池30の温度が定常運転時よりも低いため、定常運転時における発電電流Iに対する定常想定スタック内水分量Wsよりも多くなる。発電初期想定スタック内水分量Wpは燃料電池30に固有の値であり、本実施の形態では70である。   In addition, the calculation unit 41 stores a power generation initial assumed stack water amount Wp that is a water amount assumed to exist in the fuel cell 30 in the early stage of power generation of the fuel cell 30. The initial stage of power generation is the time until the temperature of the fuel cell 30 reaches the temperature during steady operation (about 60 to 80 ° C.). The amount of water in the fuel cell 30 assumed in the initial stage of power generation is the fuel cell 30. Is lower than that in the steady operation, and thus the moisture amount Ws in the steady stack for the generated current I during the steady operation is larger. The power generation initial assumed water content Wp in the stack is a value unique to the fuel cell 30 and is 70 in the present embodiment.

また、演算部41では、原料流量計46で検出された原料m1の流量と、電流計43で検出された燃料電池30の発電電流とから燃焼部23に導入されるアノードオフガスp中の可燃成分の流量を算出することができるように構成されている。アノードオフガスp中の可燃成分の流量を算出する過程を詳細に説明すれば、以下のようになる。まず、原料流量計46で、燃料処理装置20に導入される原料m1の流量を検出する。演算部41には定常運転時における導入された原料m1に対して生成される改質ガスgの流量及び単位流量あたりの改質ガスg中の水素やメタン等の可燃成分の割合が記憶されており、これに基づき改質ガスg中の可燃成分の流量を算出する。次に電流計43で検出された発電電流から、上記(1)式に基づき、燃料電池30で消費された水素の流量を算出する。燃料処理装置20で生成される改質ガスg中の可燃成分の流量と燃料電池30で消費された水素の流量との差が燃焼部23に導入されるアノードオフガスp中の可燃成分の流量となる。   Further, in the calculation unit 41, a combustible component in the anode offgas p introduced into the combustion unit 23 from the flow rate of the raw material m 1 detected by the raw material flow meter 46 and the generated current of the fuel cell 30 detected by the ammeter 43. It is comprised so that the flow volume of can be calculated. The process of calculating the flow rate of the combustible component in the anode off gas p will be described in detail as follows. First, the flow rate of the raw material m1 introduced into the fuel processor 20 is detected by the raw material flow meter 46. The calculation unit 41 stores the flow rate of the reformed gas g generated with respect to the introduced raw material m1 during steady operation and the ratio of combustible components such as hydrogen and methane in the reformed gas g per unit flow rate. Based on this, the flow rate of the combustible component in the reformed gas g is calculated. Next, the flow rate of hydrogen consumed in the fuel cell 30 is calculated from the generated current detected by the ammeter 43 based on the above equation (1). The difference between the flow rate of the combustible component in the reformed gas g produced by the fuel processor 20 and the flow rate of hydrogen consumed in the fuel cell 30 is the flow rate of the combustible component in the anode offgas p introduced into the combustion unit 23. Become.

燃料電池システム10では、原料流量計46と、電流計43と、演算部41とで燃料流量把握手段を構成している。また、圧力センサ44と演算部41とで発電用空気検出手段を構成している。また、空気ブロワ42と絞り手段群68GPと絞り選択三方弁68とで燃焼用空気流量調節手段を構成している。   In the fuel cell system 10, the raw material flow meter 46, the ammeter 43, and the calculation unit 41 constitute fuel flow grasping means. Further, the pressure sensor 44 and the calculation unit 41 constitute power generation air detection means. The air blower 42, the throttle means group 68GP, and the throttle selection three-way valve 68 constitute combustion air flow rate adjusting means.

引き続き図1を参照して、燃料電池システム10の作用を説明する。停止している燃料電池システム10の運転を開始するには、燃焼部23に燃焼燃料m2を供給すると共に空気ブロワ42を起動して燃焼部23に燃焼用空気aを供給する。このとき、発電用空気遮断弁64は閉になっており、発電用空気tが燃料電池30に供給されないようになっている。これにより、燃料電池30の固体高分子膜の乾燥を防ぐと共に触媒の酸化を防いで、燃料電池30の性能低下を防いでいる。また、絞り選択三方弁68は、圧力損失が小さい方のオリフィス68Aが配設された第1燃焼用空気管58A側が開に、第2燃焼用空気管58B側が閉になっている。また、燃焼調節弁66Bは開、原料調節弁66A及びアノードオフガス弁62は閉となっている。また、改質ガス三方弁61は、バイパス管53側が開となっている。   With continued reference to FIG. 1, the operation of the fuel cell system 10 will be described. In order to start the operation of the stopped fuel cell system 10, the combustion fuel m <b> 2 is supplied to the combustion unit 23 and the air blower 42 is activated to supply the combustion air a to the combustion unit 23. At this time, the power generation air shutoff valve 64 is closed so that the power generation air t is not supplied to the fuel cell 30. As a result, the solid polymer membrane of the fuel cell 30 is prevented from being dried and the catalyst is prevented from being oxidized, thereby preventing the performance of the fuel cell 30 from being lowered. Further, the throttle selection three-way valve 68 is open on the first combustion air pipe 58A side where the orifice 68A having the smaller pressure loss is disposed, and closed on the second combustion air pipe 58B side. The combustion control valve 66B is open, and the raw material control valve 66A and the anode off-gas valve 62 are closed. The reformed gas three-way valve 61 is open on the bypass pipe 53 side.

燃焼部23で燃焼燃料m2が燃焼して改質熱が発生し、改質部25が昇温したら、原料調節弁66Aを開にして原料m1を改質部25に導入する。改質部25の温度は温度検出器(不図示)で検出する。改質部25にはプロセス水sも導入され、燃焼部23から改質熱を得て原料m1が水蒸気改質反応を起こし、改質ガスgが生成される。燃料処理装置20では、上述のように改質ガスgが生成されるが、運転開始当初は改質ガスgの組成が安定していないため、改質ガス三方弁61のバイパス管53側を開にして、組成が安定していない改質ガスgを燃料電池30に供給せずに燃焼部23に導いて燃焼させる。このとき、燃焼部23に導入した組成が安定していない改質ガスgを主として燃焼させ、不足分の燃焼燃料m2を燃焼調節弁66Bの開度を調節して燃焼部23に導入する。組成が安定していない改質ガスgで足りる場合は燃焼調節弁66Bを閉とする。   When the combustion fuel m2 is combusted in the combustion section 23 to generate reforming heat and the temperature of the reforming section 25 rises, the raw material control valve 66A is opened to introduce the raw material m1 into the reforming section 25. The temperature of the reforming unit 25 is detected by a temperature detector (not shown). Process water s is also introduced into the reforming section 25, and the reforming heat is obtained from the combustion section 23, the raw material m1 undergoes a steam reforming reaction, and reformed gas g is generated. In the fuel processing device 20, the reformed gas g is generated as described above, but since the composition of the reformed gas g is not stable at the beginning of operation, the bypass pipe 53 side of the reformed gas three-way valve 61 is opened. Thus, the reformed gas g having an unstable composition is led to the combustion section 23 without being supplied to the fuel cell 30 and burned. At this time, the reformed gas g having an unstable composition introduced into the combustion unit 23 is mainly combusted, and the insufficient amount of combustion fuel m2 is introduced into the combustion unit 23 by adjusting the opening of the combustion control valve 66B. When the reformed gas g whose composition is not stable is sufficient, the combustion control valve 66B is closed.

燃料処理装置20で生成される改質ガスgの組成が安定するようになると、制御装置40がアノードオフガス弁62を開に、改質ガス三方弁61のバイパス管53側を閉にして、改質ガスgが燃料電池30に導入されるようにする。これにより、燃料電池30のアノード31に改質ガスgが導入される。他方、制御装置40は、発電用空気遮断弁64を開にし、これによって燃料電池30のカソード32に発電用空気tが導入される。このとき、制御装置40は空気ブロワ42の回転速度を上昇させ、燃料電池30に供給する分だけ増加した空気を空気ブロワ42から吐出させるようにする。燃料電池30ではアノード31に導入された改質ガスg中の水素と、カソード32に導入された発電用空気t中の酸素とによる、上述の(1)式及び(2)式に示すような電気化学的反応が行われる。この電気化学的反応によって発電し、発熱すると共に水分が生成される。さらに説明を加えると、アノード31側の電子が外部電気回路を通ってカソード32側に移動する際に電力を得ることができる。アノード31側の水素イオンは固体高分子膜を通過してカソード32側に移動し、酸素と結合して水分が発生する(上記(2)式参照)。この電気化学的反応は発熱反応である。   When the composition of the reformed gas g generated in the fuel processing device 20 becomes stable, the control device 40 opens the anode offgas valve 62 and closes the bypass pipe 53 side of the reformed gas three-way valve 61 to improve the reformed gas g. The quality gas g is introduced into the fuel cell 30. As a result, the reformed gas g is introduced into the anode 31 of the fuel cell 30. On the other hand, the control device 40 opens the power generation air shut-off valve 64, whereby the power generation air t is introduced to the cathode 32 of the fuel cell 30. At this time, the control device 40 increases the rotational speed of the air blower 42 so that air that has been increased by the amount supplied to the fuel cell 30 is discharged from the air blower 42. In the fuel cell 30, as shown in the above formulas (1) and (2) by hydrogen in the reformed gas g introduced into the anode 31 and oxygen in the power generation air t introduced into the cathode 32. An electrochemical reaction takes place. Electricity is generated by this electrochemical reaction, heat is generated, and moisture is generated. In further explanation, electric power can be obtained when electrons on the anode 31 side move to the cathode 32 side through the external electric circuit. Hydrogen ions on the anode 31 side pass through the solid polymer membrane and move to the cathode 32 side, and combine with oxygen to generate moisture (see the above formula (2)). This electrochemical reaction is an exothermic reaction.

燃料電池30によって得られる電力は直流電力であるため、パワーコンディショナ(不図示)で交流電力に変換されて電力負荷(不図示)に送電される。また、燃料電池30で発生した熱は、例えば貯湯タンク(不図示)に蓄えられ、必要に応じて給湯や暖房等の熱負荷において消費される。燃料電池30で発生した熱を有効利用することにより、燃料電池システム10の効率が向上することとなる。   Since the power obtained by the fuel cell 30 is DC power, it is converted into AC power by a power conditioner (not shown) and transmitted to a power load (not shown). Further, the heat generated in the fuel cell 30 is stored, for example, in a hot water storage tank (not shown), and is consumed in a heat load such as hot water supply or heating as necessary. By effectively using the heat generated in the fuel cell 30, the efficiency of the fuel cell system 10 is improved.

燃料電池30の作動中、アノード31からはアノードオフガスpが排出される。排出されたアノードオフガスpは、アノードオフガス管52を介して燃料処理装置20の燃焼部23に導かれて燃焼される。燃焼部23におけるアノードオフガスpの燃焼により、改質部25における改質に用いる改質熱を発生させることができる。燃焼部23における燃焼によって生じた排ガスは、排ガス管(不図示)を介して系外に排出される。他方、カソード32からはカソードオフガスqが排出され、カソードオフガス管55を介して系外に排出される。   During the operation of the fuel cell 30, the anode off gas p is discharged from the anode 31. The discharged anode off gas p is guided to the combustion unit 23 of the fuel processing apparatus 20 through the anode off gas pipe 52 and burned. By the combustion of the anode off gas p in the combustion unit 23, reforming heat used for reforming in the reforming unit 25 can be generated. Exhaust gas generated by combustion in the combustion unit 23 is discharged out of the system through an exhaust gas pipe (not shown). On the other hand, the cathode offgas q is discharged from the cathode 32 and discharged outside the system via the cathode offgas pipe 55.

上記のような燃料電池システム10の運転中、燃焼部23に導入される燃焼用空気a中の酸素の量Moの、燃料p中の可燃成分の量Mpに対する比(以下「酸素可燃成分比Rm」(Rm=Mo/Mp)という。)が所定の比率となるように、制御装置40は空気ブロワ42及び絞り選択三方弁68を制御する。なお、燃焼用空気a中の酸素の割合は時間経過にかかわらずほぼ一定であるので、燃焼用空気aの流量を調節することで燃焼用空気a中の酸素の流量も調節することができる。すなわち、直接的には流量計48で燃焼用空気aの流量を調節している場合でも、実質的には燃焼用空気a中の酸素の流量を調節していることとなる。酸素可燃成分比Rmを所定の比率にすることで、燃焼用空気aの過多による失火を防ぐことができ、燃焼用空気aの過少による燃料pの不完全燃焼に伴う有害物質の排出を防ぐことができる。所定の比率は、燃焼部23における燃焼が不完全燃焼とならないような比率であり、本実施の形態では約1.15〜1.50である。   During the operation of the fuel cell system 10 as described above, the ratio of the amount Mo of oxygen in the combustion air a introduced into the combustion section 23 to the amount Mp of combustible components in the fuel p (hereinafter referred to as “oxygen combustible component ratio Rm”). "(Rm = Mo / Mp)" is set to a predetermined ratio, the control device 40 controls the air blower 42 and the throttle selection three-way valve 68. Since the proportion of oxygen in the combustion air a is substantially constant regardless of the passage of time, the flow rate of oxygen in the combustion air a can be adjusted by adjusting the flow rate of the combustion air a. That is, even when the flow rate of the combustion air a is directly adjusted by the flow meter 48, the flow rate of oxygen in the combustion air a is substantially adjusted. By setting the oxygen combustible component ratio Rm to a predetermined ratio, it is possible to prevent misfire due to excessive combustion air a, and to prevent discharge of harmful substances due to incomplete combustion of the fuel p due to insufficient combustion air a. Can do. The predetermined ratio is such that combustion in the combustion section 23 does not become incomplete combustion, and is about 1.15 to 1.50 in the present embodiment.

また、上記のような燃料電池システム10の運転中、燃料電池30における酸素の利用率Rxが第1の所定の利用率となるように、制御装置40は空気ブロワ42を制御する。発電に利用された酸素は、電流計43で検出された発電電流と上述の(2)式とから求まる。燃料電池30に導入された酸素の流量は、圧力センサ44で検出した圧力に基づいて演算部41で算出される。酸素の利用率Rxが上限を超えると、燃料電池30を構成する各セル(段落0028参照)への酸素の分配が均等とならずに酸素が不足するセルが生じ、燃料電池30の電圧低下を招来することとなる。他方、酸素の利用率Rxが下限を下回ると、空気ブロワ42の負荷が増大して燃料電池システム10の発電効率(投入エネルギーに対する発電した電気エネルギーの割合。以下同じ。)が低下すると共に、加湿装置(段落0032参照)の能力が不足することに伴い低加湿運転となり燃料電池30の発電電圧が低下して燃料電池30の耐久性に影響を及ぼすこととなる。これらの不具合を回避するために、酸素の利用率Rxを第1の所定の利用率に維持するのである。第1の所定の利用率は、上記の不具合を招かないような値に設定され、本実施の形態では45〜59%に設定されているが、用いる燃料電池30の特性に応じて適宜最適な値を設定するとよい。このように、第1の所定の利用率は、典型的には幅を有している。   Further, during the operation of the fuel cell system 10 as described above, the control device 40 controls the air blower 42 so that the oxygen utilization rate Rx in the fuel cell 30 becomes the first predetermined utilization rate. The oxygen used for power generation is obtained from the generated current detected by the ammeter 43 and the above equation (2). The flow rate of oxygen introduced into the fuel cell 30 is calculated by the calculation unit 41 based on the pressure detected by the pressure sensor 44. When the oxygen utilization rate Rx exceeds the upper limit, the distribution of oxygen to each cell (see paragraph 0028) constituting the fuel cell 30 is not uniform, resulting in a shortage of oxygen, resulting in a voltage drop in the fuel cell 30. Will be invited. On the other hand, when the oxygen utilization rate Rx falls below the lower limit, the load of the air blower 42 increases, and the power generation efficiency of the fuel cell system 10 (ratio of generated electric energy to input energy; the same applies hereinafter) decreases and humidification occurs. When the capacity of the device (see paragraph 0032) is insufficient, the operation becomes low humidification, and the power generation voltage of the fuel cell 30 is lowered to affect the durability of the fuel cell 30. In order to avoid these problems, the oxygen utilization rate Rx is maintained at the first predetermined utilization rate. The first predetermined utilization rate is set to a value that does not cause the above-described problem, and is set to 45 to 59% in the present embodiment, but is appropriately optimized depending on the characteristics of the fuel cell 30 to be used. A value should be set. Thus, the first predetermined utilization rate typically has a width.

また、上記のような燃料電池システム10の運転中、燃料電池30における水素の利用率が第3の所定の利用率となるように、制御装置40は燃料処理装置20を制御する。発電に利用された水素は、電流計43で検出された発電電流と上述の(2)式とから求まる。燃料電池30に導入された水素の流量は、原料流量計46で検出した改質部25に導入される原料m1の種類及び流量に基づいた燃料処理装置20の固有の値として求められる。水素の利用率Ryが上限を超えると、燃料電池30を構成する各セル(段落0028参照)への水素の分配が均等とならずに水素が不足するセルが生じて燃料電池30の電圧低下を招来すると共に、セルの劣化を引き起こす可能性がある。他方、水素の利用率Ryが下限を下回ると燃料処理装置20の負荷が増大し、燃料電池システム10の発電効率が低下することとなる。これらの不具合を回避するために、水素の利用率Ryを第3の所定の利用率に維持するのである。第3の所定の利用率は、上記の不具合を招かないような値に設定され、本実施の形態では70〜80%の範囲で極力75%に近づくように設定されているが、用いる燃料電池30の特性に応じて適宜最適な値を設定するとよい。   Further, during the operation of the fuel cell system 10 as described above, the control device 40 controls the fuel processing device 20 so that the utilization rate of hydrogen in the fuel cell 30 becomes the third predetermined utilization rate. Hydrogen used for power generation is obtained from the power generation current detected by the ammeter 43 and the above-described equation (2). The flow rate of hydrogen introduced into the fuel cell 30 is obtained as a unique value of the fuel processor 20 based on the type and flow rate of the raw material m1 introduced into the reforming unit 25 detected by the raw material flow meter 46. If the hydrogen utilization rate Ry exceeds the upper limit, the distribution of hydrogen to each cell (see paragraph 0028) constituting the fuel cell 30 is not uniform, resulting in cells that are deficient in hydrogen and the voltage of the fuel cell 30 is reduced. Invite you and cause cell degradation. On the other hand, when the hydrogen utilization rate Ry falls below the lower limit, the load of the fuel processing device 20 increases, and the power generation efficiency of the fuel cell system 10 decreases. In order to avoid these problems, the hydrogen utilization rate Ry is maintained at the third predetermined utilization rate. The third predetermined utilization rate is set to a value that does not cause the above-described problems, and in the present embodiment, is set to be as close to 75% as possible within the range of 70 to 80%. An optimal value may be set as appropriate according to the 30 characteristics.

燃料電池30における発電電流の大きさは、パワーコンディショナ(段落0028参照)の設定により、最低発電量(本実施の形態では定格出力の30%。段落0036参照)と定格出力との間で任意に決定することができる。この決定した電流の大きさにより、燃料電池30で発電に利用される水素の量及び酸素の量が定まる。この定まった水素の量及び酸素の量に対して改質ガスg及び発電用空気tをどの程度供給するかによって燃料電池30における水素の利用率Ry及び酸素の利用率Rxが定まる。水素の利用率Ryと酸素の利用率Rxとは独立しており、両者の間に相関関係はない。   The magnitude of the generated current in the fuel cell 30 is arbitrarily set between the minimum power generation amount (30% of the rated output in the present embodiment, see paragraph 0036) and the rated output, depending on the setting of the power conditioner (see paragraph 0028). Can be determined. The amount of hydrogen and oxygen used for power generation in the fuel cell 30 are determined by the determined magnitude of the current. The hydrogen utilization rate Ry and oxygen utilization rate Rx in the fuel cell 30 are determined depending on how much the reformed gas g and the power generation air t are supplied with respect to the determined amount of hydrogen and oxygen. The hydrogen utilization rate Ry and the oxygen utilization rate Rx are independent, and there is no correlation between the two.

水素の利用率Ryを第3の所定の利用率とするためには、原料調節弁66Aにより改質部25に導入する原料m1の流量を調節する。これにより燃料処理装置20で生成される改質ガスgの流量を調節することができ、燃料電池30のアノード31に供給する改質ガスgの流量を調節することが可能となって、燃料電池30における水素の利用率Ryを第3の所定の利用率に維持することができる。   In order to set the hydrogen utilization rate Ry to the third predetermined utilization rate, the flow rate of the raw material m1 introduced into the reforming unit 25 is adjusted by the raw material control valve 66A. As a result, the flow rate of the reformed gas g produced by the fuel processor 20 can be adjusted, the flow rate of the reformed gas g supplied to the anode 31 of the fuel cell 30 can be adjusted, and the fuel cell. The hydrogen utilization rate Ry at 30 can be maintained at the third predetermined utilization rate.

他方、酸素の利用率Rxを第1の所定の利用率とするためには、空気ブロワ42の回転速度を調節するのであるが、燃料電池システム10では1台の空気ブロワ42で発電用空気tを燃料電池30に供給すると共に燃焼用空気aを燃焼部23に供給しているので、燃焼部23における酸素可燃成分比Rmが所定の比率となるように、かつ、燃料電池30における酸素の利用率Rxが第1の所定の利用率となるように、制御装置40は空気ブロワ42の回転速度を調節する。燃焼部23への燃焼用空気aの供給量は流量計48でモニターし、燃料電池30への発電用空気tの供給量は圧力センサ44でモニターしている。このとき、圧力センサ44で検出される圧力の値が定常燃料電池入口空気圧力Psとなるようにするとよい。ここで、定常燃料電池入口空気圧力Psとは、設定された発電電流を得るために発電用空気tを第2の所定の酸素の利用率となる流量で燃料電池30に導入したときの燃料電池入口空気圧力である。第2の所定の酸素の利用率は、第1の所定の利用率内に設定される設計上の(好ましい)酸素の利用率であり、本実施の形態では50%としている。定常燃料電池入口空気圧力Psを目標として空気ブロワ42を制御すると、燃焼部23へ供給する燃焼用空気aとのバランスで定常燃料電池入口空気圧力Psとなる流量を燃料電池30へ供給することができない場合であっても、燃料電池30における酸素の利用率Rxが第1の所定の利用率の範囲内に収まる確率が高くなる。   On the other hand, in order to set the oxygen utilization rate Rx to the first predetermined utilization rate, the rotational speed of the air blower 42 is adjusted. In the fuel cell system 10, power generation air t is generated by one air blower 42. Is supplied to the fuel cell 30 and the combustion air a is supplied to the combustion unit 23, so that the oxygen combustible component ratio Rm in the combustion unit 23 becomes a predetermined ratio and oxygen is used in the fuel cell 30. The control device 40 adjusts the rotational speed of the air blower 42 so that the rate Rx becomes the first predetermined utilization rate. The supply amount of combustion air a to the combustion unit 23 is monitored by a flow meter 48, and the supply amount of power generation air t to the fuel cell 30 is monitored by a pressure sensor 44. At this time, the pressure value detected by the pressure sensor 44 may be set to the steady fuel cell inlet air pressure Ps. Here, the steady fuel cell inlet air pressure Ps is the fuel cell when the power generation air t is introduced into the fuel cell 30 at a flow rate that provides the second predetermined oxygen utilization rate in order to obtain a set power generation current. Inlet air pressure. The utilization rate of the second predetermined oxygen is a design (preferred) utilization rate of oxygen set within the first predetermined utilization rate, and is 50% in the present embodiment. When the air blower 42 is controlled with the steady fuel cell inlet air pressure Ps as a target, a flow rate that becomes the steady fuel cell inlet air pressure Ps is supplied to the fuel cell 30 in balance with the combustion air a supplied to the combustion unit 23. Even if this is not possible, the probability that the oxygen utilization rate Rx in the fuel cell 30 falls within the range of the first predetermined utilization rate increases.

燃焼部23における酸素可燃成分比Rmが所定の比率となるように空気ブロワ42の回転速度を調節すると燃料電池30における酸素の利用率Rxが第1の所定の利用率にならない場合は、制御装置40は絞り選択三方弁68に信号を送信して弁の開方向を切り替えるように作動させ、燃焼用空気aを流すべきオリフィス68Aをオリフィス68Bに切り替える。燃料電池30における酸素の利用率Rxが第1の所定の利用率よりも高い(燃料電池30に供給する発電用空気tの流量が少ない)場合は圧力損失が大きくなるオリフィス68Bに切り替えて発電用空気管54の方に流れる発電用空気tの流量を増加させる。反対に、燃料電池30における酸素の利用率Rxが第1の所定の利用率よりも低い(燃料電池30に供給する発電用空気tの流量が多い)場合は圧力損失が小さくなるオリフィス68Aに切り替えて発電用空気管54の方に流れる発電用空気tの流量を減少させる。つまり、オリフィス68Bを使用した場合、オリフィス68Aを使用した場合の順番に燃焼用空気管58を流れる燃焼用空気aの流量は多くなる。このようにオリフィス68A、68Bを切り替えることにより燃焼用空気a側の圧力損失をコントロールすることができ、酸素可燃成分比Rmが所定の比率となるように制御している場合に燃料電池30に供給される発電用空気tの流量を適正化(酸素の利用率Rxが第1の所定の利用率となるように)することができる。   When the rotation rate of the air blower 42 is adjusted so that the oxygen combustible component ratio Rm in the combustion unit 23 becomes a predetermined ratio, the control device is used when the oxygen utilization rate Rx in the fuel cell 30 does not become the first predetermined utilization rate. 40 transmits a signal to the throttle selection three-way valve 68 to switch the opening direction of the valve to switch the orifice 68A through which the combustion air a should flow to the orifice 68B. When the oxygen utilization rate Rx in the fuel cell 30 is higher than the first predetermined utilization rate (the flow rate of the power generation air t supplied to the fuel cell 30 is small), the pressure is switched to the orifice 68B where the pressure loss increases. The flow rate of the power generation air t flowing toward the air pipe 54 is increased. On the contrary, when the oxygen utilization rate Rx in the fuel cell 30 is lower than the first predetermined utilization rate (the flow rate of the power generation air t supplied to the fuel cell 30 is large), the pressure is switched to the orifice 68A. Thus, the flow rate of the power generation air t flowing toward the power generation air pipe 54 is reduced. That is, when the orifice 68B is used, the flow rate of the combustion air a flowing through the combustion air pipe 58 increases in the order in which the orifice 68A is used. By switching the orifices 68A and 68B in this way, the pressure loss on the combustion air a side can be controlled and supplied to the fuel cell 30 when the oxygen combustible component ratio Rm is controlled to be a predetermined ratio. The flow rate of the generated power generation air t can be optimized (so that the oxygen utilization rate Rx becomes the first predetermined utilization rate).

ところで、前述の(2)式から明らかなように、燃料電池30における発電に伴って燃料電池30内に水が発生する。また、燃料電池30内に発生する水は、(2)式に示す電気化学的反応に伴うもののほか、発電用空気tによってキャリーされる加湿水も含まれる。燃料電池30内に発生する水分量は燃料電池30の発電電流にほぼ比例することは前述の(2)式より理解されるが、本発明者は、燃料電池30内に存在する水分量は、発電電流の変化に追随しようとするがその変化は遅く、理論値との間で差異が生じるとの知見を得た。燃料電池30内の水分は、燃料電池30に供給される発電用空気tの圧力損失を引き起こし、燃料電池30に供給される発電用空気tの流量を変化させ、ひいては燃料電池30における酸素の利用率Rxを変化させる。つまり、発電に伴って発生する水分の存在が原因で、空気ブロワ42の回転速度を燃料電池30の発電電流に応じて変化させるだけでは燃焼部23及び燃料電池30に適切な流量の空気を供給することが困難となる。したがって、燃料電池30内の水分量に応じて空気ブロワ42の回転速度の制御目標とする定常燃料電池入口空気圧力Psを補正することが好ましい。   By the way, as is clear from the above-described equation (2), water is generated in the fuel cell 30 as the fuel cell 30 generates power. Further, the water generated in the fuel cell 30 includes humidified water that is carried by the power generation air t in addition to the one accompanying the electrochemical reaction shown in the equation (2). Although it can be understood from the above-described equation (2) that the amount of water generated in the fuel cell 30 is substantially proportional to the generated current of the fuel cell 30, the present inventor We tried to follow the change in the generated current, but the change was slow and we found that there was a difference from the theoretical value. The moisture in the fuel cell 30 causes a pressure loss of the power generation air t supplied to the fuel cell 30, changes the flow rate of the power generation air t supplied to the fuel cell 30, and in turn uses oxygen in the fuel cell 30. The rate Rx is changed. That is, due to the presence of moisture generated by power generation, air at an appropriate flow rate is supplied to the combustion unit 23 and the fuel cell 30 only by changing the rotation speed of the air blower 42 according to the power generation current of the fuel cell 30. Difficult to do. Therefore, it is preferable to correct the steady fuel cell inlet air pressure Ps, which is the control target of the rotational speed of the air blower 42, according to the amount of water in the fuel cell 30.

本発明者は、鋭意研究の末、空気ブロワ42の回転速度の制御目標とする圧力センサ44で検出する圧力を、定常燃料電池入口空気圧力Psに燃料電池抵抗係数φを乗じて算出される目標燃料電池入口空気圧力Pt(Pt=Ps×φ)へ補正することで燃料電池30に供給する発電用空気tの流量を適正化することができるとの知見を得た。燃料電池抵抗係数φは、燃料電池30の発電電流の変動によるカソード32の圧力損失の変動の程度を示した係数であり、本実施の形態では、ある時点において燃料電池30内に存在すると想定される水分量である現在想定スタック内水分量Wtを上述の定常想定スタック内水分量Ws(段落0037参照)で除したもの(φ=Wt/Ws)としている。ここで、現在想定スタック内水分量Wtは、水分量を想定するにあたって燃料電池30の運転履歴を考慮しているものである。また、燃料電池抵抗係数φは、燃料電池30内の水分量の他に、燃料電池30の温度やその他の条件により定義される場合もあり得るが、本実施の形態に係る燃料電池システム10を制御するにあたっては、燃料電池30内に存在する水分量と相関関係を有するものととらえても、適切な流量の空気を燃料電池30及び燃料処理装置20の燃焼部23に供給することが可能となっている。なお、現在想定スタック内水分量Wtは、以下のようにして求められる。   The present inventor, after earnest research, calculates a pressure detected by the pressure sensor 44 as a control target of the rotational speed of the air blower 42 by multiplying the steady fuel cell inlet air pressure Ps by the fuel cell resistance coefficient φ. It was found that the flow rate of the power generation air t supplied to the fuel cell 30 can be optimized by correcting the fuel cell inlet air pressure Pt (Pt = Ps × φ). The fuel cell resistance coefficient φ is a coefficient indicating the degree of fluctuation of the pressure loss of the cathode 32 due to fluctuation of the power generation current of the fuel cell 30, and is assumed to be present in the fuel cell 30 at a certain point in the present embodiment. The water amount Wt in the currently assumed stack, which is the amount of water to be obtained, is divided by the water amount Ws in the steady assumed stack (see paragraph 0037) described above (φ = Wt / Ws). Here, the currently assumed moisture content Wt in the stack takes into account the operation history of the fuel cell 30 in assuming the moisture content. In addition to the amount of water in the fuel cell 30, the fuel cell resistance coefficient φ may be defined by the temperature of the fuel cell 30 and other conditions, but the fuel cell system 10 according to the present embodiment In controlling, it is possible to supply air at an appropriate flow rate to the fuel cell 30 and the combustion unit 23 of the fuel processing device 20 even if it is considered to have a correlation with the amount of water present in the fuel cell 30. It has become. Note that the currently assumed moisture content Wt in the stack is obtained as follows.

燃料電池30内に存在する水分は、上述のように、発電電流の変化やこの変化に遅れて追随することにより、時々刻々と変化している。そこで、制御装置40は、現在想定スタック内水分量Wtを所定のタイムステップごとに求めて燃料電池抵抗係数φに反映させることとしている。現在想定スタック内水分量Wtは、定常想定スタック内水分量Wsと1タイムステップ前の現在想定スタック内水分量Wt’との差分から算出することとし、係数をf、タイムステップをdtとして、以下の(3)式で表される。
Wt=f×(Ws−Wt’)×dt+Wt’ ・・・(3)
例えば係数f=0.15、タイムステップdtを1秒とすると、現在想定スタック内水分量Wtは以下の(4)式で表される。
Wt=0.15×(Ws−Wt’)×1+Wt’ ・・・(4)
以上のように、空気ブロワ42の回転速度の制御目標とする定常燃料電池入口空気圧力Psを目標燃料電池入口空気圧力Ptへ補正することで、燃料電池システム10の運転履歴によって燃料電池30の圧力損失が変動しても、1台の空気ブロワ42で燃焼部23及び燃料電池30に最適な流量の空気(燃焼用空気a及び発電用空気t)を供給することができる。
As described above, the moisture present in the fuel cell 30 changes every moment by following the change in the generated current and the change following the change. Therefore, the control device 40 obtains the currently assumed moisture content Wt in the stack for each predetermined time step and reflects it in the fuel cell resistance coefficient φ. The currently assumed stack moisture amount Wt is calculated from the difference between the steady assumed stack moisture amount Ws and the currently assumed stack moisture amount Wt ′ one time step before, where the coefficient is f and the time step is dt. (3).
Wt = f × (Ws−Wt ′) × dt + Wt ′ (3)
For example, assuming that the coefficient f = 0.15 and the time step dt is 1 second, the currently assumed moisture content Wt in the stack is expressed by the following equation (4).
Wt = 0.15 × (Ws−Wt ′) × 1 + Wt ′ (4)
As described above, by correcting the steady fuel cell inlet air pressure Ps, which is the control target of the rotational speed of the air blower 42, to the target fuel cell inlet air pressure Pt, the pressure of the fuel cell 30 is determined according to the operation history of the fuel cell system 10. Even if the loss fluctuates, it is possible to supply the air (combustion air a and power generation air t) at an optimal flow rate to the combustion unit 23 and the fuel cell 30 with a single air blower 42.

図5に、燃料電池30の発電電流の変動に伴う目標燃料電池入口空気圧力Ptの変動の様子を示す。図中、曲線Iは燃料電池30における発電電流Iを、曲線Wsは定常想定スタック内水分量Wsを、曲線Wtは現在想定スタック内水分量Wtを、曲線Psは定常燃料電池入口空気圧力Psを、曲線Ptは目標燃料電池入口空気圧力Ptをそれぞれ表している。図より、現在想定スタック内水分量Wtは定常想定スタック内水分量Wsに遅れて追随しており、目標燃料電池入口空気圧力Ptは現在想定スタック内水分量Wtの変動を反映しているのが分かる。   FIG. 5 shows how the target fuel cell inlet air pressure Pt fluctuates as the power generation current of the fuel cell 30 fluctuates. In the figure, the curve I represents the generated current I in the fuel cell 30, the curve Ws represents the steady assumed stack moisture amount Ws, the curve Wt represents the currently assumed stack moisture amount Wt, and the curve Ps represents the steady fuel cell inlet air pressure Ps. Curve Pt represents the target fuel cell inlet air pressure Pt. From the figure, the currently assumed stack moisture amount Wt follows the steady assumed stack moisture amount Ws with a delay, and the target fuel cell inlet air pressure Pt reflects the fluctuation of the currently assumed stack moisture amount Wt. I understand.

以上で説明したように、本発明の実施の形態に係る燃料電池システム10によれば、1台の空気ブロワ42で燃焼部23及び燃料電池30に適切な流量の空気(燃焼用空気a及び発電用空気t)を供給することができる。燃焼部23及び燃料電池30に空気を供給する空気ブロワを1台とすることにより、燃料電池システム10のコストダウンを図っている。また、燃料電池30へ供給する発電用空気tの流量をモニターする計器を圧力計44とすることによってもコストダウンを図っている。   As described above, according to the fuel cell system 10 according to the embodiment of the present invention, air (combustion air a and power generation) with a suitable flow rate for the combustion unit 23 and the fuel cell 30 with one air blower 42. The working air t) can be supplied. The cost of the fuel cell system 10 is reduced by using one air blower for supplying air to the combustion unit 23 and the fuel cell 30. The cost is also reduced by using a pressure gauge 44 as a gauge for monitoring the flow rate of the power generation air t supplied to the fuel cell 30.

上記の好ましい本発明の実施の形態の説明においては、燃料電池30内に存在する水分量に応じて空気ブロワ42の回転速度を補正したが、多少の発電効率の低下を看過して(燃料電池30における酸素の利用率Rxが第1の所定の利用率を外れることを是認して)燃焼部23に供給する燃焼用空気aの流量を適切に調節することにより、制御を簡易にすることもできる。   In the above description of the preferred embodiment of the present invention, the rotational speed of the air blower 42 is corrected according to the amount of water present in the fuel cell 30, but a slight decrease in power generation efficiency is overlooked (fuel cell). It is possible to simplify the control by appropriately adjusting the flow rate of the combustion air a supplied to the combustion unit 23 (with the approval that the oxygen utilization rate Rx at 30 is outside the first predetermined utilization rate). it can.

以上の説明では、絞り手段群を構成する燃焼用空気管が2本並列に配設されているとしたが、3本以上の燃焼用空気管が並列に配設されることとしてもよい。このとき、並列に配設された各燃焼用空気管にそれぞれ圧力損失が異なる絞り手段が配設される。また、絞り手段がオリフィスであるとして説明したが、フィルターや二方弁等であってもよい。絞り手段として自動二方弁を配設した場合は、絞り選択三方弁を省略することができ、1本の燃焼用空気管の圧力損失を可変にすることができる。オリフィスを用いる場合は自動二方弁を用いる場合に比べてコストダウンを図ることができる。また、絞り手段群を通過する燃焼用空気aは、1つの燃焼用空気管を通過するだけでなく、2つ以上の燃焼用空気管を通過させることで、絞り手段群よりも下流側に供給される燃焼用空気aの流量を調節してもよい。   In the above description, two combustion air pipes constituting the throttle means group are arranged in parallel. However, three or more combustion air pipes may be arranged in parallel. At this time, throttle means having different pressure losses are arranged in the combustion air pipes arranged in parallel. Moreover, although the throttle means has been described as an orifice, it may be a filter, a two-way valve, or the like. When an automatic two-way valve is provided as the throttle means, the throttle selection three-way valve can be omitted, and the pressure loss of one combustion air pipe can be made variable. When the orifice is used, the cost can be reduced as compared with the case where the automatic two-way valve is used. Further, the combustion air a passing through the throttle means group is supplied not only through one combustion air pipe but also downstream of the throttle means group by passing through two or more combustion air pipes. The flow rate of the combustion air a may be adjusted.

以上の説明では、燃焼用空気流量計48がサーマル式流量計等の質量流量を検出するマスフローセンサであるとしたが、これ以外の差圧流量計や渦流量計等を用いてもよい。差圧流量計は構造が簡単で安価であり、渦流量計は可動部がなく構造簡単で保守が不要という利点がある。しかしながら、マスフローセンサは気体の質量流量が温度・圧力の補正無しに直接測定できるので好適である。   In the above description, the combustion air flow meter 48 is a mass flow sensor that detects a mass flow rate such as a thermal flow meter, but other differential pressure flow meters, vortex flow meters, and the like may be used. The differential pressure flow meter has a simple structure and is inexpensive, and the vortex flow meter has an advantage that there is no moving part and the structure is simple and maintenance is not required. However, the mass flow sensor is preferable because the mass flow rate of the gas can be directly measured without correcting the temperature and pressure.

以上の説明では、制御装置40が、燃焼部23における燃焼用空気aの流量の燃料pの流量に対する比が所定の空気比となるようにしつつ燃料電池30における酸素の利用率が第1の所定の利用率となるようにインバータ42v及び絞り選択三方弁68を制御することとしたが、燃料電池30へ供給する発電用空気tの流量が成り行きの流量となることが許容される場合(燃料電池30における酸素の利用率Rxが第1の所定の利用率を外れることが是認される場合)は、燃料電池30における酸素の利用率を制御の対象から除外して燃焼部23における燃焼用空気aの流量の燃料pの流量に対する比が所定の空気比となるように燃焼用空気流量調節手段42、68GPを制御することとしてもよい。このようにすると、1つの空気供給手段42で燃料電池30及び燃料処理装置20の燃焼部23に空気を供給しつつ燃焼部23における燃料の不完全燃焼に伴う一酸化炭素の排出を低減することができ、かつ、制御を簡略化することができる。   In the above description, the control device 40 makes the ratio of the flow rate of the combustion air a in the combustion section 23 to the flow rate of the fuel p a predetermined air ratio, and the oxygen utilization rate in the fuel cell 30 is the first predetermined rate. The inverter 42v and the throttling selection three-way valve 68 are controlled so that the utilization rate of the fuel cell 30 becomes equal, but when the flow rate of the power generation air t supplied to the fuel cell 30 is allowed to become a desired flow rate (fuel cell) (When it is approved that the oxygen utilization rate Rx at 30 deviates from the first predetermined utilization rate), the oxygen utilization rate at the fuel cell 30 is excluded from the object of control, and the combustion air a in the combustion section 23 The combustion air flow rate adjusting means 42 and 68GP may be controlled so that the ratio of the flow rate to the flow rate of the fuel p becomes a predetermined air ratio. In this way, while supplying air to the fuel cell 30 and the combustion unit 23 of the fuel processing apparatus 20 with one air supply means 42, the emission of carbon monoxide accompanying incomplete combustion of fuel in the combustion unit 23 is reduced. And the control can be simplified.

以上の説明では、燃料電池30が固体高分子形燃料電池であるとして説明したが、りん酸形燃料電池等の固体高分子形燃料電池以外の燃料電池であってもよい。しかしながら、固体高分子形燃料電池とすると、比較的低温で運転することができ、装置を小型化できるので、一般家庭等に設置するのに適している。   In the above description, the fuel cell 30 has been described as a polymer electrolyte fuel cell, but may be a fuel cell other than a polymer electrolyte fuel cell such as a phosphoric acid fuel cell. However, the polymer electrolyte fuel cell can be operated at a relatively low temperature and can be downsized, so that it is suitable for installation in a general household.

本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの模式的系統図である。1 is a schematic system diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 燃料電池に導入される発電用空気の圧力と流量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the pressure and flow volume of the air for electric power generation introduced into a fuel cell. 酸素の利用率をパラメータとした燃料電池に導入される発電用空気の流量と燃料電池の出力との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the flow volume of the air for electric power introduced into the fuel cell which made oxygen utilization factor the parameter, and the output of a fuel cell. 燃料電池における発電電流と定常想定スタック内水分量との関係のテーブルの図である。It is a figure of the table of the relationship between the electric power generation electric current in a fuel cell, and the moisture content in a steady assumption stack | stack. 燃料電池の発電電流の変動に伴う目標燃料電池入口空気圧力の変動の様子を示すグラフである。It is a graph which shows the mode of the fluctuation | variation of the target fuel cell inlet air pressure accompanying the fluctuation | variation of the electric power generation electric current of a fuel cell.

符号の説明Explanation of symbols

10 燃料電池システム
20 燃料処理装置
23 燃焼部
25 改質部
30 燃料電池
40 制御装置
41 演算部
42 空気ブロワ
43 電流計
44 圧力センサ
46 原料流量計
48 流量計
54 発電用空気供給ライン
58 燃焼用空気供給ライン
64 遮断弁
68A、68B オリフィス(絞り手段)
68GP 絞り手段群
a 燃焼用空気
g 改質ガス
m1 原料
p アノードオフガス
t 発電用空気
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel cell system 20 Fuel processing apparatus 23 Combustion part 25 Reforming part 30 Fuel cell 40 Control apparatus 41 Calculation part 42 Air blower 43 Ammeter 44 Pressure sensor 46 Raw material flow meter 48 Flow meter 54 Power supply air supply line 58 Combustion air Supply line 64 Shutoff valve 68A, 68B Orifice (throttle means)
68GP Throttle means group a Combustion air g Reformed gas m1 Raw material p Anode off gas t Power generation air

Claims (6)

原料を導入し改質して水素に富む改質ガスを生成する改質部と、燃料と燃焼用空気とを導入し前記燃料を燃焼させて前記改質部における改質に用いられる改質熱を発生させる燃焼部とを有する燃料処理装置と;
発電用空気と前記改質ガスとを導入し、前記発電用空気中の酸素と前記改質ガス中の水素との電気化学反応により発電する燃料電池と;
前記燃料電池での電気化学反応に利用されなかった水素を含むアノードオフガスを、前記燃料として前記燃焼部へ導くアノードオフガス管と;
前記燃焼部に前記燃焼用空気を供給し、前記燃料電池に前記発電用空気を供給する空気供給手段と;
前記燃焼部に導入される燃焼用空気の流量を検出する燃焼用空気流量検出手段と;
前記燃焼部に導入される燃焼用空気の流量を調節する燃焼用空気流量調節手段と;
前記燃焼部に導入される燃料中の可燃成分の流量を把握する燃料流量把握手段と;
前記燃焼部における、前記燃焼用空気中の酸素の流量の、前記燃料中の可燃成分の流量に対する比が所定の比率となるように前記燃焼用空気流量調節手段を制御する制御装置と;
前記燃料電池に導入される発電用空気の流量を検出する発電用空気流量検出手段と;
前記燃料電池における発電電流を検出する発電電流検出手段とを備え;
前記制御装置が、前記燃料電池における酸素の利用率が第1の所定の利用率となるように前記空気供給手段を制御
前記空気供給手段から吐出された前記燃焼用空気を前記燃焼部へと導く燃焼用空気供給ラインと;
圧力損失が異なる複数の絞り手段が前記燃焼用空気供給ライン上にそれぞれ並列に配設されて構成された絞り手段群とをさらに備え;
前記空気供給手段がモータの回転により空気を吐出する機器で構成され;
前記燃焼用空気流量調節手段が、前記モータの回転速度を調節する回転速度調節手段と前記絞り手段群とで構成され;
前記制御装置が、前記燃焼部における前記燃焼用空気の流量の前記燃料の流量に対する比が所定の空気比となるように前記モータの回転速度を調節しつつ前記燃料電池における酸素の利用率が第1の所定の利用率となるように前記複数の絞り手段の中から前記燃焼用空気を流す前記絞り手段を決定するように構成された;
燃料電池システム。
A reforming section that introduces a raw material to reform and generates a reformed gas rich in hydrogen, and a reforming heat that is used for reforming in the reforming section by introducing fuel and combustion air and burning the fuel A fuel processor having a combustion section for generating gas;
A fuel cell that introduces power generation air and the reformed gas, and generates power by an electrochemical reaction between oxygen in the power generation air and hydrogen in the reformed gas;
An anode offgas pipe for introducing an anode offgas containing hydrogen that has not been used for an electrochemical reaction in the fuel cell to the combustion section as the fuel;
Air supply means for supplying the combustion air to the combustion section and supplying the power generation air to the fuel cell;
Combustion air flow rate detection means for detecting the flow rate of combustion air introduced into the combustion section;
Combustion air flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of combustion air introduced into the combustion section;
Fuel flow rate grasping means for grasping the flow rate of combustible components in the fuel introduced into the combustion section;
A control device for controlling the combustion air flow rate adjusting means so that a ratio of a flow rate of oxygen in the combustion air to a flow rate of combustible components in the fuel becomes a predetermined ratio in the combustion section ;
Power generation air flow rate detection means for detecting the flow rate of power generation air introduced into the fuel cell;
A generated current detection means for detecting a generated current in the fuel cell;
Wherein the controller controls the air supply means so that the oxygen utilization in the fuel cell becomes the first predetermined utilization rate;
A combustion air supply line for guiding the combustion air discharged from the air supply means to the combustion section;
A plurality of throttle means having different pressure losses, further comprising a throttle means group configured in parallel with each other on the combustion air supply line;
The air supply means comprises a device for discharging air by rotation of a motor;
The combustion air flow rate adjusting means includes a rotation speed adjusting means for adjusting a rotation speed of the motor and the throttle means group;
The control device adjusts the rotation speed of the motor so that the ratio of the flow rate of the combustion air in the combustion section to the flow rate of the fuel becomes a predetermined air ratio, and the oxygen utilization rate in the fuel cell is the first. The throttling means for flowing the combustion air is determined from the plurality of throttling means so as to achieve a predetermined utilization rate of 1;
Fuel cell system.
前記改質部に導入される前記原料の流量を検出する原料流量計と;
前記原料流量計で検出された前記原料の流量と、前記発電電流検出手段で検出された前記燃料電池の発電電流とから前記燃焼部に導入される前記アノードオフガス中の可燃成分の流量を算出する演算部とを備え;
前記燃料流量把握手段が、前記原料流量計と、前記発電電流検出手段と、前記演算部とで構成された;
請求項1に記載の燃料電池システム。
A raw material flow meter for detecting the flow rate of the raw material introduced into the reforming section;
The flow rate of the combustible component in the anode off-gas introduced into the combustion part is calculated from the flow rate of the raw material detected by the raw material flow meter and the generated current of the fuel cell detected by the generated current detection means. An arithmetic unit;
The fuel flow rate grasping means comprises the raw material flow meter, the generated current detection means, and the calculation unit;
The fuel cell system according to claim 1.
前記空気供給手段から吐出された前記発電用空気を前記燃料電池へと導く発電用空気供給ラインと;
前記発電用空気供給ラインに配設され、前記発電用空気供給ラインの前記発電用空気の流れを遮断可能な遮断弁とを備える;
請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システム。
A power generation air supply line for guiding the power generation air discharged from the air supply means to the fuel cell;
A shutoff valve disposed in the power generation air supply line and capable of shutting off the flow of power generation air in the power generation air supply line;
The fuel cell system according to claim 1 or 2 .
前記燃焼用空気流量検出手段が流量計である;
請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
The combustion air flow rate detection means is a flow meter;
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3 .
前記燃料電池に導入される発電用空気の圧力から該発電用空気の流量を求める演算部を備え;
前記発電用空気流量検出手段が、前記燃料電池に導入される発電用空気の圧力を検出する圧力検出器と前記演算部とを含んで構成された;
請求項乃至請求項のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
A calculation unit for obtaining the flow rate of the power generation air from the pressure of the power generation air introduced into the fuel cell;
The power generation air flow rate detection means includes a pressure detector for detecting the pressure of the power generation air introduced into the fuel cell and the calculation unit;
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4.
前記演算部に、前記燃料電池の発電電流と、該発電電流を発電する流量の前記発電用空気を第2の所定の酸素の利用率で前記燃料電池に導入した場合における前記燃料電池に導入される発電用空気の圧力である定常燃料電池入口空気圧力と、の関係があらかじめ記憶されており;
さらに前記演算部が、前記燃料電池の発電電流の変動に追随して変動する燃料電池抵抗係数と前記定常燃料電池入口空気圧力とから前記燃料電池に導入される発電用空気の目標とする圧力である目標燃料電池入口空気圧力を算出するように構成され;
前記制御装置が、前記圧力検出器で検出される圧力が前記目標燃料電池入口空気圧力となるように前記空気供給手段を制御するように構成された;
請求項に記載の燃料電池システム。
The calculation unit is introduced into the fuel cell when the power generation current of the fuel cell and the power generation air at a flow rate for generating the power generation current are introduced into the fuel cell at a second predetermined oxygen utilization rate. The relationship with the steady fuel cell inlet air pressure, which is the pressure of the power generation air, is stored in advance;
Further, the calculation unit is configured to generate a target pressure of power generation air introduced into the fuel cell from a fuel cell resistance coefficient that fluctuates following a variation in the power generation current of the fuel cell and the steady fuel cell inlet air pressure. Configured to calculate a target fuel cell inlet air pressure;
The controller is configured to control the air supply means such that the pressure detected by the pressure detector becomes the target fuel cell inlet air pressure;
The fuel cell system according to claim 5 .
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