JP2006342047A - Reformer, method for controlling pump in fuel cell system, and control unit - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reformer capable of selectively switching flow rates at start-up and during normal operation at a low cost, a method for controlling a natural gas pump in a fuel cell system and the like. <P>SOLUTION: In a method for controlling a natural gas pump in a fuel cell system comprising reforming unit 21, a combustion unit 20, a fuel supply unit 13, a fuel pump 11 for combustion, a fuel pump 12 for reforming, and a first shut-off valve 16 in a second fuel line 18, a bypass line 19 connecting a first fuel line 17 and the second fuel line 18 is installed. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば天然ガス、プロパンガス等の燃料を改質して水素を発生させる燃料電池システムの制御方法、及び制御装置に関する。   The present invention relates to a control method and a control device for a fuel cell system that generates hydrogen by reforming a fuel such as natural gas or propane gas.

化学的電池の１つとして水素酸素型燃料電池があり、クリーンで効率の良い発電が可能であるため、将来の有力な電源の候補であるとして、現在盛んに研究されている。この水素酸素型燃料電池では、燃料として水素を使用するが、この水素を得る手段として、天然ガス等の燃料を改質して水素を発生させる、燃料電池システムがある。
この燃料電池システムは、例えば天然ガスと水を原料とし、改質前にイオウ化合物を除去し、改質触媒と接触させることによって起こる改質反応により水素を生成するが、改質反応は吸熱反応であるため、運転時には改質触媒を加熱する必要がある。また、運転開始時には、反応を始めるために、一定の熱量を確保する必要もある。 One of the chemical cells is a hydrogen-oxygen type fuel cell, which is capable of generating electricity cleanly and efficiently. Therefore, it has been actively studied as a potential future power source candidate. In this hydrogen oxygen fuel cell, hydrogen is used as a fuel. As a means for obtaining this hydrogen, there is a fuel cell system that generates hydrogen by reforming a fuel such as natural gas.
This fuel cell system uses, for example, natural gas and water as raw materials, removes sulfur compounds before reforming, and generates hydrogen by the reforming reaction that occurs by contacting with the reforming catalyst. The reforming reaction is an endothermic reaction. Therefore, it is necessary to heat the reforming catalyst during operation. Also, at the start of operation, it is necessary to ensure a certain amount of heat in order to start the reaction.

ここで改質触媒を効率よく加熱する方式として例えば、特許文献１にその方法が開示されている。
図６には、特許文献１のメタノール等の燃料を改質して水素を発生する燃料改質装置を燃料電池発電システムに適用したシステム構成図である。
メタノール等の燃料を改質して水素を発生する燃料改質装置を有する燃料電池発電システムは、天然ガス等の燃料を改質して水素を発生する燃料改質装置を有する燃料電池発電システムと構成が良く似ている。
図６に示す燃料電池発電システムは、燃料電池１４０と、この燃料電池１４０に供給する気体燃料としての水素を発生する燃料改質装置１１０とを備えている。燃料改質装置１１０は、液体燃料を気化する気化部１１１及び気化部１１１から気体燃料を改質する燃料改質部１０９より構成される。 Here, for example, Patent Document 1 discloses a method for efficiently heating the reforming catalyst.
FIG. 6 is a system configuration diagram in which a fuel reformer that generates hydrogen by reforming a fuel such as methanol of Patent Document 1 is applied to a fuel cell power generation system.
A fuel cell power generation system having a fuel reformer that generates hydrogen by reforming a fuel such as methanol, and a fuel cell power generation system having a fuel reformer that reforms a fuel such as natural gas and generates hydrogen The structure is very similar.
The fuel cell power generation system shown in FIG. 6 includes a fuel cell 140 and a fuel reformer 110 that generates hydrogen as gaseous fuel to be supplied to the fuel cell 140. The fuel reformer 110 includes a vaporizer 111 that vaporizes liquid fuel, and a fuel reformer 109 that reforms gaseous fuel from the vaporizer 111.

燃料電池１４０には、電解質１４１を挟んで燃料極１４２と空気極１４３とが設けられ、また、この燃料電池１４０を冷却するために熱交換器１４４が設けられている。燃料極１４２には気体燃料を供給する改質ガスライン１０３と、燃料極１４２から発生する排気ガスを排出するオフガスライン１０５とが接続されている。一方、空気極１４３には、酸化剤としての酵素を含む空気の供給ライン（図示しない）が接続されている。改質ガスライン１０３及びオフガスライン１０５は、燃料改質部１０９の各接続口にそれぞれ接続されている。燃料改質部１０９は、詳細を後述するが、多数の熱交換器を具備しており、各熱交換器の排気ガス通路側の面に燃焼触媒層が、当該熱交換器の気体燃料通路側の面に改質触媒層がそれぞれ設けられている。   The fuel cell 140 is provided with a fuel electrode 142 and an air electrode 143 with an electrolyte 141 interposed therebetween, and a heat exchanger 144 is provided for cooling the fuel cell 140. The fuel electrode 142 is connected to a reformed gas line 103 that supplies gaseous fuel and an off-gas line 105 that discharges exhaust gas generated from the fuel electrode 142. On the other hand, an air supply line (not shown) containing an enzyme as an oxidizing agent is connected to the air electrode 143. The reformed gas line 103 and the off gas line 105 are connected to the connection ports of the fuel reforming unit 109, respectively. The fuel reforming unit 109, which will be described in detail later, includes a large number of heat exchangers, and a combustion catalyst layer is provided on the exhaust gas passage side surface of each heat exchanger, and the gas fuel passage side of the heat exchanger. The reforming catalyst layer is provided on each surface.

また、当該燃料電池発電システムは、気化部１１１とバーナ１１２をそなえている。そして、燃料改質部１０９は、気化部１１１からの気体燃料を、気体燃料通路側に取り込むと共に、オフガスライン１０５を経由して供給された燃焼熱ガスを、燃焼熱ガス通路側に取り込む。そして、燃焼触媒層で発生した熱と改質触媒層の作用によって気体燃料を改質し、改質ガスライン１０３に送り出すようになっている。
気化部１１１には、ポンプ１１３を介して燃料タンク１１５が接続されている。そして、燃料タンク１１５に貯蔵されている燃料は、ポンプ１１３（ｂ）によって、気化部１１１に供給され、気化部１１１は、バーナ１１２の燃焼熱によって、気体燃料として燃料改質部１０９に供給するようになっている。
燃料改質部１０９は、気化部１１１からの気体燃料を各改質触媒層に取り込むと共にオフガスライン１０５を経由して供給された燃焼熱ガスに、気体燃料（メタノール）と空気
を流入させ、燃焼ガスとして各燃料触媒層に導入するようになっている。 The fuel cell power generation system includes a vaporization unit 111 and a burner 112. The fuel reforming unit 109 takes in the gaseous fuel from the vaporizing unit 111 into the gaseous fuel passage side, and takes in the combustion hot gas supplied via the off-gas line 105 into the combustion hot gas passage side. The gaseous fuel is reformed by the heat generated in the combustion catalyst layer and the action of the reforming catalyst layer, and sent to the reformed gas line 103.
A fuel tank 115 is connected to the vaporization unit 111 via a pump 113. The fuel stored in the fuel tank 115 is supplied to the vaporization unit 111 by the pump 113 (b), and the vaporization unit 111 supplies the fuel reforming unit 109 as gaseous fuel by the combustion heat of the burner 112. It is like that.
The fuel reforming unit 109 takes in gaseous fuel from the vaporizing unit 111 into each reforming catalyst layer and causes gaseous fuel (methanol) and air to flow into the combustion hot gas supplied via the off-gas line 105 to perform combustion. Gas is introduced into each fuel catalyst layer.

このように、燃料タンク１１５からポンプ１１３（ａ）を介して燃料を供給するバーナ１１２で燃料改質部１０９と気化部１１１を暖めることにより、改質反応に必要な熱量の確保を行っている。
特許文献１では燃料改質部１０９にさらに工夫が有り、燃料改質部１０９内部の燃焼触媒の濃度を調整することで、燃料改質部１０９内部での発熱の均一性を調整している。 As described above, the fuel reforming unit 109 and the vaporizing unit 111 are warmed by the burner 112 that supplies fuel from the fuel tank 115 via the pump 113 (a), thereby ensuring the amount of heat necessary for the reforming reaction. .
In Patent Document 1, the fuel reforming unit 109 is further devised, and the uniformity of heat generation in the fuel reforming unit 109 is adjusted by adjusting the concentration of the combustion catalyst in the fuel reforming unit 109.

また、特許文献２では燃料電池の制御装置について開示され、燃料電池に供給される燃料の圧力流量特性を精度良く制御する方法を示している。
図７には、特許文献２の燃料電池の制御装置の構成図を示している。
特許文献２の形態による燃料電池の制御装置２１０は、燃料電池２１１と、例えばメタノールと水の混合液等からなる液体燃料を供給する燃料供給部２１２と、液体燃料を蒸発させて燃料蒸気を生成する蒸気発生部２１３と、蒸気発生部２１３の暖気及び液体燃料の蒸発に利用される燃焼ガスを生成する燃焼部２１４と、燃料蒸気から水素リッチな改質燃料を生成する改質部２１５と、改質燃料中の一酸化炭素を選択的に酸化して除去するＣＯ低減部２１６と、燃料電池２１１へ例えば空気等の酸化剤を供給する酸化剤供給部２１７と、制御部２１８と、排出燃料流量制御部２１９と、改質燃料圧力検出器２２１と、改質燃料流量検出器２２２と、排出燃料圧力検出器２２３と、発電電流検出器２２４と、補助燃料供給部２２５と、出力制御部２２６と、排出燃料流量制御部２１９に具備された小流量バルブ２２７および大流量バルブ２２８と、目標発電量入力部２２９を備えて構成されている。 Patent Document 2 discloses a control device for a fuel cell, and shows a method for accurately controlling the pressure flow characteristics of the fuel supplied to the fuel cell.
In FIG. 7, the block diagram of the control apparatus of the fuel cell of patent document 2 is shown.
The fuel cell control device 210 according to the form of Patent Document 2 includes a fuel cell 211, a fuel supply unit 212 that supplies a liquid fuel composed of, for example, a mixture of methanol and water, and the like, and generates fuel vapor by evaporating the liquid fuel. A steam generating unit 213 that generates the combustion gas used for warming the vapor generating unit 213 and evaporating the liquid fuel, a reforming unit 215 that generates hydrogen-rich reformed fuel from the fuel vapor, A CO reduction unit 216 that selectively oxidizes and removes carbon monoxide in the reformed fuel, an oxidant supply unit 217 that supplies an oxidant such as air to the fuel cell 211, a control unit 218, and an exhaust fuel A flow rate control unit 219, a reformed fuel pressure detector 221, a reformed fuel flow rate detector 222, an exhaust fuel pressure detector 223, a generated current detector 224, an auxiliary fuel supply unit 225, and an output control And 226, a small flow valve 227 and the large flow valve 228 provided in the discharged fuel flow control unit 219 is configured to include a target power generation amount input unit 229.

そして、小流量バルブ２２７及び、大流量バルブ２２８にフィードフォワード制御及びフィードバック制御することで、燃焼部２１４に供給する燃料を精度良く供給できる装置になっている。
このような、圧力流量特性の異なる２つの小流量バルブ２２７及び大流量バルブ２２８を備えることで、高い応答性を維持しつつ、低出力側から高出力側までの全域で高精度の制御を行うことができ、発電効率を向上させることが可能となる。
特開平７−１２６００２号公報 特開２００１−３３８６７１号公報 Then, feed-forward control and feedback control are performed on the small flow valve 227 and the large flow valve 228, so that the fuel supplied to the combustion unit 214 can be supplied with high accuracy.
By providing the two small flow valves 227 and the large flow valve 228 having different pressure flow characteristics as described above, highly accurate control is performed in the entire region from the low output side to the high output side while maintaining high response. And power generation efficiency can be improved.
JP 7-12002 A JP 2001-338671 A

しかしながら、従来の改質装置においては、複数のポンプが設置されているときに、個々のポンプの能力を最大限生かしきれていなかった。このため、ポンプを大きくしなければならず、装置全体の大型化を招く第１の問題があった。
次に、第２の問題点について説明する。
近年これらの燃料電池装置を家庭用の発電装置に用いようという試みがなされ、実際に各メーカーによって、家庭用の発電機として燃料電池装置の試験的導入が始まっており、特許文献１や特許文献２の方法では、解決し得ない問題も考えられる。
特に家庭用の発電装置として考える場合、様々なユーザーの使用態様に合わせた使い方ができることが必要であり、かつ、コスト的に抑える必要がある。
引用文献１及び引用文献２では、何れもメタノール等のアルコール系の燃料を使用の前提としているが、家庭で発電機として運用する場合は、アルコール系の液体よりも、既にインフラとして整備されている天然ガス等の都市ガスやプロパンガスなどの炭化水素系ガスを用いて発電できた方が、利便性が高い。 However, in the conventional reformer, when a plurality of pumps are installed, the capacity of each pump cannot be fully utilized. For this reason, the pump has to be enlarged, and there is a first problem that leads to an increase in the size of the entire apparatus.
Next, the second problem will be described.
In recent years, attempts have been made to use these fuel cell devices for home power generators. Actually, each manufacturer has started trial introduction of fuel cell devices as home power generators. In the method 2, there is a problem that cannot be solved.
In particular, when considered as a household power generation device, it is necessary to be able to be used in accordance with various user usage modes, and it is necessary to reduce the cost.
In Cited Document 1 and Cited Document 2, both are based on the assumption that alcohol-based fuels such as methanol are used, but when operating as a generator at home, they are already in place as an infrastructure rather than alcohol-based liquids. It is more convenient to generate electricity using city gas such as natural gas or hydrocarbon gas such as propane gas.

ところが、炭化水素系ガスの燃料を用いた燃料電池装置を家庭用に使用することを考えた場合には、燃料電池装置が発電可能になるまでに必要な時間が問題となってくる。
炭化水素系ガスの燃料の場合、改質には長時間停止した炭化水素系ガスの燃料を用いた燃料電池装置の場合、システム起動から通常運転に入ることのできる状態になるまでには、約１時間程度の暖機運転が必要となる。この際、通常運転中とは異なり、燃焼部が必要とする燃料は、システム連続運転時に比べて約２０〜４０倍程度と多い。
これは、燃料電池の発電が化学反応によって行われるものであり、特許文献１及び特許文献２のアルコール系の燃料（例えばメタノール）の場合、２００〜３００度で蒸気改質が可能であるが、特に炭化水素ガスに含まれるメタン等を改質する場合には６００度以上の温度が必要となるからである。しかし、いったん改質反応が起これば、トータルで見て発生熱量がマイナスにはなるが、ある程度の熱を発生するので、反応が起きている状況では必要熱量は少なくて済む。 However, when considering using a fuel cell device using a hydrocarbon-based fuel for home use, the time required until the fuel cell device can generate power becomes a problem.
In the case of a hydrocarbon gas fuel, in the case of a fuel cell device using a hydrocarbon gas fuel that has been stopped for a long time for reforming, it takes about Warm-up operation for about 1 hour is required. In this case, unlike during normal operation, the fuel required by the combustor is about 20 to 40 times as much as that required during continuous operation of the system.
This is because power generation of the fuel cell is performed by a chemical reaction, and in the case of the alcohol-based fuel (for example, methanol) of Patent Document 1 and Patent Document 2, steam reforming is possible at 200 to 300 degrees, This is because a temperature of 600 ° C. or higher is required particularly when reforming methane or the like contained in hydrocarbon gas. However, once the reforming reaction takes place, the total amount of heat generated becomes negative, but since a certain amount of heat is generated, the amount of heat required is small in the situation where the reaction is taking place.

すなわち、システム起動時には６００度以上に加熱してやる必要があり多くの燃料が必要だが、通常運転時では反応によって熱が補えるため、燃焼部で使用する燃料は少なくて済む。
さらに、運転状態によっても燃焼部での必要熱エネルギーは異なる。
具体的な事例を考えると、例えば、共働きの夫婦が一軒家に燃料電池装置を用いた発電を用いたいと考えた場合、日中は働きに出ているため、電気を使うことはほとんど無く、また、就寝後も電気はほとんど使用しないと考えられるので、電気を使用するのは朝と夜だけということになる。
このように、ほとんど使用をしない時間帯があれば、常に熱を供給し続ける場合にも発電量が少なければ、反応を維持するための最低限の熱の供給だけで良いことになる。 That is, it is necessary to heat to 600 ° C. or more when starting the system, and a large amount of fuel is required. However, during normal operation, heat can be compensated for by reaction, so that less fuel is used in the combustion section.
Furthermore, the required heat energy in the combustion section varies depending on the operating state.
Considering a specific case, for example, if a married couple wants to use a power generation using a fuel cell device in one house, they are working during the day, so they rarely use electricity. Because it is thought that electricity is hardly used even after going to bed, electricity is used only in the morning and at night.
In this way, if there is a time zone in which almost no use is made, even if the heat is constantly supplied, if the amount of power generation is small, it is only necessary to supply the minimum heat for maintaining the reaction.

ところが、一般的に用いられる燃料ポンプには、燃料供給量の使用帯域がそのシステムの構成上決まってきてしまい、例えば燃焼部起動時に必要な流量を確保するために最大流量が３Ｌ／ｍｉｎのポンプを採用した場合、保証される最小流量は０．３Ｌ／ｍｉｎ程度であり、それ以下の流量では安定して供給することができなくなってしまう。
しかし、上記のような条件を満足するためには、この最低流量では不十分であり、省エネルギーを求めるのであれば、最低流量は０．１Ｌ／ｍｉｎ以下に抑えたいという要求がある。 However, in the fuel pump that is generally used, the use band of the fuel supply amount is determined due to the configuration of the system. For example, a pump having a maximum flow rate of 3 L / min in order to secure a flow rate required when starting the combustion unit. Is used, the guaranteed minimum flow rate is about 0.3 L / min, and a flow rate lower than that cannot be stably supplied.
However, in order to satisfy the above conditions, this minimum flow rate is insufficient, and if energy saving is required, there is a demand for the minimum flow rate to be suppressed to 0.1 L / min or less.

すなわち、天然ガス系の燃料を用いた燃料電池装置を家庭用に使用する場合において、想定される運転状態によって燃焼部で必要とされる燃料の流量が大きく異なるので、一般的なポンプでは１台で最大必要量と、最小必要量をカバーすることが難しいという問題点があった。
引用文献１のようなシステムでは、燃焼部に燃料を供するための燃料ポンプが１つしかないので、この条件を満たすことはできない。また、引用文献２の方法は有効であるが、このような燃料を送るための燃料ポンプは特殊性が高く、一般家庭への普及という点を踏まえると、コスト面から見て１つの燃料供給路に２つの燃料ポンプを並列に使用することは好ましくない。 That is, when a fuel cell device using natural gas fuel is used for home use, the flow rate of fuel required in the combustion section varies greatly depending on the assumed operating condition. However, there is a problem that it is difficult to cover the maximum required amount and the minimum required amount.
In a system such as cited document 1, since there is only one fuel pump for supplying fuel to the combustion section, this condition cannot be satisfied. Although the method of the cited document 2 is effective, the fuel pump for sending such fuel is highly specific, and in view of the spread to ordinary households, one fuel supply channel from the viewpoint of cost. It is not preferable to use two fuel pumps in parallel.

本発明は、そうした問題点を解決するためになされたものであり、より簡易な構成で精度よく燃料を供給することが可能な改質装置、燃料電池システムポンプ制御方法、及び制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such problems, and provides a reforming apparatus, a fuel cell system pump control method, and a control apparatus capable of supplying fuel with a simpler structure and with higher accuracy. For the purpose.

本発明に係る改質装置は、次のような構成を有している。
（１）供給された燃料を改質して水素を生成する改質部と、供給された燃料を燃焼させて前記改質部を加熱する燃焼部と、燃焼部に燃料を供給する第１燃料ラインに、燃料を圧縮して供給する第１燃料ポンプと、改質部に燃料を供給する第２燃料ラインに、燃料を圧縮して供給する第２燃料ポンプと、第１燃料ラインと前記第２燃料ラインとを連通させるバイパスラインとを有する。
（２）（１）に記載する改質装置において、前記第１燃料ポンプの供給容量が前記第２燃料ポンプの供給容量よりも少ないことを特徴とする。
（３）（２）請求項２に記載する改質装置において、前記バイパスラインに第２遮断弁を設けたことを特徴とする。
（４）（３）に記載する改質装置において、前記第１燃料ポンプが、前記改質部で燃料を改質する際に、前記燃焼部で必要とされる、最低限度の燃料を安定的に供給可能な燃料供給能力を持ち、前記第２燃料ポンプが、前記改質部で燃料を改質する際に、前記改質部で必要とされる、最大限度の燃料を安定的に供給可能な燃料供給能力を持つことを特徴とする。 The reformer according to the present invention has the following configuration.
(1) A reforming unit that reforms the supplied fuel to generate hydrogen, a combustion unit that burns the supplied fuel to heat the reforming unit, and a first fuel that supplies fuel to the combustion unit A first fuel pump that compresses and supplies fuel to the line, a second fuel pump that compresses and supplies fuel to a second fuel line that supplies fuel to the reforming unit, the first fuel line, and the first fuel line 2 having a bypass line communicating with the fuel line.
(2) In the reformer described in (1), the supply capacity of the first fuel pump is smaller than the supply capacity of the second fuel pump.
(3) (2) In the reformer described in claim 2, a second shut-off valve is provided in the bypass line.
(4) In the reformer described in (3), when the first fuel pump reforms the fuel in the reforming section, the minimum fuel required in the combustion section is stably stabilized. The second fuel pump can stably supply the maximum amount of fuel required in the reforming section when reforming the fuel in the reforming section. It is characterized by having a good fuel supply capability.

本発明に係る燃料電池システムポンプ制御方法は、次のような構成を有している。
（５）燃料から水素を作り出すための改質部と、改質部を過熱するための燃焼部と、燃焼部に第１燃料ラインを介して接続され、燃料を燃焼部に供給するために用いる第１燃料ポンプと、改質部に第２燃料ラインを介して接続され、燃料を改質部に供給するために用いる第２燃料ポンプと、第２燃料ライン中であって、改質部と、第２燃料ポンプの間に接続される第１遮断弁とを備える燃料電池システムポンプ制御方法であって、第１遮断弁と第２燃料ポンプとの間の第２燃料ライン中と、第１燃料ラインを接続するバイパスラインを備え、第１燃料ポンプの供給容量が、第２燃料ポンプの供給容量よりも少なく、システム起動時には、第１遮断弁を閉じ、第２燃料ポンプから、バイパスラインを通じて、燃焼部へ燃料を供給するシステム起動工程を行い、システム運転時には、第１遮断弁を開けるシステム運転工程を行う。
（６）（５）に記載する燃料電池システムポンプ制御方法において、前記バイパスラインに第２遮断弁を設け、前記システム起動工程においては、前記第２遮断弁を開け、前記システム運転時には、前記第２遮断弁を閉じることを特徴とする。
（７）（５）に記載する燃料電池システムポンプ制御方法において、前記第１燃料ポンプが、前記改質部で燃料を改質する際に、前記燃焼部で必要とされる、最低限度の燃料を安定的に供給可能な燃料供給能力を持ち、前記第２燃料ポンプが、前記改質部で燃料を改質する際に、前記改質部で必要とされる、最大限度の燃料を安定的に供給可能な燃料供給能力を持つことを特徴とする。 The fuel cell system pump control method according to the present invention has the following configuration.
(5) A reforming unit for producing hydrogen from fuel, a combustion unit for overheating the reforming unit, and a combustion unit connected to the combustion unit via a first fuel line and used for supplying fuel to the combustion unit A first fuel pump, a second fuel pump connected to the reforming unit via a second fuel line and used to supply fuel to the reforming unit, and in the second fuel line, the reforming unit; A fuel cell system pump control method comprising a first shutoff valve connected between the second fuel pumps, in a second fuel line between the first shutoff valve and the second fuel pump, A bypass line for connecting the fuel line, the supply capacity of the first fuel pump is smaller than the supply capacity of the second fuel pump, and when the system is started, the first shut-off valve is closed and the second fuel pump is passed through the bypass line. , A system that supplies fuel to the combustion section Perform step, during system operation, performing the system operation step of opening the first shut-off valve.
(6) In the fuel cell system pump control method described in (5), a second shut-off valve is provided in the bypass line. In the system start-up process, the second shut-off valve is opened. 2. The shut-off valve is closed.
(7) In the fuel cell system pump control method described in (5), when the first fuel pump reforms the fuel in the reforming unit, the minimum fuel required in the combustion unit When the second fuel pump reforms the fuel in the reforming section, the maximum fuel required in the reforming section is stably supplied. It has a fuel supply capacity that can be supplied to

本発明に係る燃料電池システムポンプ制御装置は、次のような構成を有している。
（８）燃料から水素を作り出すための改質部と、改質部を過熱するための燃焼部と、燃焼部に第１燃料ラインを介して接続され、燃料を燃焼部に供給するために用いる第１燃料ポンプと、改質部に第２燃料ラインを介して接続され、燃料を前記改質部に供給するために用いる第２燃料ポンプと、第２燃料ライン中であって、改質部と、第２燃料ポンプの間に接続される第１遮断弁とを備える燃料電池システムポンプ制御装置であって、第１遮断弁と第２燃料ポンプとの間の第２燃料ライン中と、第１燃料ラインを接続するバイパスラインを備え、第１燃料ポンプの供給容量が第２燃料ポンプの供給容量よりも少ないことを特徴とする。
（９）（８）に記載する燃料電池システムポンプ制御装置において、前記バイパスラインに第２遮断弁を設けたことを特徴とする。
（１０）（８）に記載する燃料電池システムポンプ制御装置において、前記第１燃料ポンプが、前記改質部で燃料を改質する際に、前記燃焼部で必要とされる、最低限度の燃料を安定的に供給可能な燃料供給能力を持ち、前記第２燃料ポンプが、前記改質部で燃料を改質する際に、前記改質部で必要とされる、最大限度の燃料を安定的に供給可能な燃料供給能力を持つことを特徴とする。 The fuel cell system pump control apparatus according to the present invention has the following configuration.
(8) A reforming unit for producing hydrogen from fuel, a combustion unit for overheating the reforming unit, and a combustion unit connected to the combustion unit via a first fuel line and used for supplying fuel to the combustion unit A first fuel pump, a second fuel pump connected to the reforming unit via a second fuel line and used to supply fuel to the reforming unit, and in the second fuel line, the reforming unit And a first shutoff valve connected between the second fuel pumps, in a second fuel line between the first shutoff valve and the second fuel pump, A bypass line connecting one fuel line is provided, and the supply capacity of the first fuel pump is smaller than the supply capacity of the second fuel pump.
(9) In the fuel cell system pump control device described in (8), a second shut-off valve is provided in the bypass line.
(10) In the fuel cell system pump control device described in (8), when the first fuel pump reforms the fuel in the reforming unit, the minimum fuel required in the combustion unit When the second fuel pump reforms the fuel in the reforming section, the maximum fuel required in the reforming section is stably supplied. It has a fuel supply capacity that can be supplied to

次に、上記構成を有する改質装置、燃料電池システムポンプ制御方法、及び制御装置の作用効果について説明する。
第１燃料ラインと第２燃料ラインとを連通させるバイパスラインを設けているので、一方のポンプに余力がある場合に、余力のあるポンプの出力を上げることにより、他方ポンプの能力不足を補完することができる。すなわち、システム起動時には、第２燃料ポンプから多くの燃料を供給することが可能であり、通常運転時には第１燃料ポンプから少量の燃料を供給することが可能である。
これによって、２台のポンプの各々の供給容量従来より小さくした条件において、をポンプの燃焼部へ常に必要なだけの燃料を供給することができるという優れた効果を奏する。
また、第２燃料ポンプはもともと燃料改質部に燃料を供給するために用いられているので、バイパスラインを追加するだけで、ポンプを新たに追加するほどのコストをかけずに、必要な燃料の供給を行うことが可能となる。 Next, the effects of the reforming apparatus, the fuel cell system pump control method, and the control apparatus having the above-described configuration will be described.
By providing a bypass line that allows the first fuel line and the second fuel line to communicate with each other, when one of the pumps has a surplus capacity, the capacity of the other pump is compensated for by increasing the output of the surplus pump. be able to. That is, a large amount of fuel can be supplied from the second fuel pump when the system is started, and a small amount of fuel can be supplied from the first fuel pump during normal operation.
As a result, the fuel supply capacity of each of the two pumps can be supplied to the combustion section of the pump at a necessary amount under a condition smaller than before.
In addition, since the second fuel pump is originally used to supply fuel to the fuel reforming section, the required fuel can be obtained by adding a bypass line without incurring the cost of adding a new pump. Can be supplied.

さらに、第１燃料ポンプの供給容量が第２燃料ポンプの供給容量よりも少ないことにより、各別に稼動させる場合と比較して、第１燃料ポンプの供給容量をより小さくすることができる。ここで、ポンプの供給能力の代わりに、圧縮能力で管理しても同様である。すなわち、第１燃料ポンプの最大圧縮能力を、第２燃料ポンプの最大圧縮能力よりも小さくすれば良い。   Furthermore, since the supply capacity of the first fuel pump is smaller than the supply capacity of the second fuel pump, the supply capacity of the first fuel pump can be further reduced as compared with the case where each is operated separately. Here, it is the same even if it manages by the compression capacity instead of the supply capacity of the pump. That is, the maximum compression capacity of the first fuel pump may be made smaller than the maximum compression capacity of the second fuel pump.

さらに、バイパスラインに第２遮断弁を設けたことにより、第１燃料ラインと第２燃料ラインとを遮断できるため、運転時には、他のポンプの影響を受けずに各ポンプを制御することができる。
システム起動時には、第１遮断弁を閉じ、第２遮断弁を開けて、第２燃料ポンプから、バイパスラインを通じて、燃焼部へ燃料を供給する第１流路と、運転時には第１遮断弁を開け、第２遮断弁を閉じてバイパスラインを遮断し、燃焼部には、第１燃料ポンプによって燃料を供給し、改質部には、第２燃料ポンプによって燃料を供給する第２流路を切り替えるため、システム起動時には、第２燃料ポンプから多くの燃料を供給することが可能であり、通常運転時には第１燃料ポンプから少量の燃料を供給することが可能である。
これによって、燃焼部へ常に必要なだけの燃料を供給することができるという優れた効果を奏する。 Furthermore, since the first shutoff valve can be shut off by providing the second shutoff valve in the bypass line, each pump can be controlled without being influenced by other pumps during operation. .
When the system is started, the first shut-off valve is closed, the second shut-off valve is opened, the first flow path for supplying fuel from the second fuel pump to the combustion section through the bypass line, and the first shut-off valve is opened during operation. The second shut-off valve is closed to shut off the bypass line, the combustion section is supplied with fuel by the first fuel pump, and the reforming section is switched to the second flow path for supplying fuel with the second fuel pump. Therefore, a large amount of fuel can be supplied from the second fuel pump when the system is started, and a small amount of fuel can be supplied from the first fuel pump during normal operation.
As a result, an excellent effect is obtained in that only the required amount of fuel can be supplied to the combustion section at all times.

さらに、第１燃料ポンプが、改質部で燃料を改質する際に、燃焼部で必要とされる、最低限度の燃料を安定的に供給可能な燃料供給能力を持ち、第２燃料ポンプが、改質部で燃料を改質する際に、改質部で必要とされる、最大限度の燃料を安定的に供給可能な燃料供給能力を持つので、第１ポンプの供給容量を、改質部で燃料を改質する際に燃焼部で必要とされる最低限度の燃料を安定的に供給可能な燃料供給レベルまで下げることができる。
また、システム起動時においては、改質部には、燃料の供給を必要としないので、第１燃料ポンプを使用して、初期の燃焼に必要な燃料を供給し、通所運転時には第２ポンプを使用して、継続運転に必要な燃料を供給し、安定的にシステムを稼動することが可能となる。また、最適な量の燃料を、安定的に改質部と燃焼部に供給することが可能となる。 Further, when the first fuel pump reforms the fuel in the reforming section, the first fuel pump has a fuel supply capability that can stably supply the minimum amount of fuel required in the combustion section. When the fuel is reformed in the reforming section, it has the fuel supply capacity that can stably supply the maximum amount of fuel required in the reforming section. When reforming the fuel in the section, the minimum fuel required in the combustion section can be lowered to a fuel supply level that can be stably supplied.
In addition, since no fuel is required for the reforming unit when the system is started, the first fuel pump is used to supply the fuel necessary for the initial combustion, and the second pump is used during normal operation. By using it, it becomes possible to supply the fuel necessary for continuous operation and to operate the system stably. In addition, an optimal amount of fuel can be stably supplied to the reforming section and the combustion section.

本発明に係る燃料電池システムポンプ制御方法、及び装置について、具体化した形態をあげ、図面に基づいて詳細に説明する。本実施形態では、燃料として天然ガスを使用している。
図１には、本実施例における、燃料電池システム天然ガスポンプ制御方法、又は装置の改質部の構成について示した図である。
燃料改質システム１０は、燃料供給部１３と、燃焼部２０と、改質部２１とからなり、それぞれが配管で接続されている。
燃料供給部１３の先には燃料ガス遮断弁１４（２連弁）が設けられており、その先に燃焼用燃料ポンプ１１及び改質用燃料ポンプ１２が接続されている。
燃焼部２０には、燃料供給部１３から、燃焼用燃料ポンプ１１で第１燃料ライン１７を介して燃料を供給し、改質部２１には、燃料供給部１３から、改質用燃料ポンプ１２で、第２燃料ライン１８を介して燃料を供給している。この第２燃料ライン１８には、第１遮断弁１６が設けられている。
第１遮断弁１６と改質用燃料ポンプ１２との間の第２燃料ライン中と、第１燃料ライン１７とを接続するバイパスライン１９と、バイパスライン１９に設けられた第２遮断弁１５が設けられている。
第１燃料ライン１７は、燃焼部２０と、燃料を供給する燃料供給口（例えば、建物に設けられた燃料供給口や、燃料を貯蔵する貯蔵容器の供給口）とを連通するラインである。燃料供給口から供給された燃料は、第１燃料ライン１７を介して燃焼部２０に供給される。また、第２燃料ライン１８は、改質部２１と、燃料供給口とを連通するラインであり、供給口から供給された燃料は、第２燃料ライン１８を介して改質部２１に供給される。 The fuel cell system pump control method and apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings by taking a specific embodiment. In this embodiment, natural gas is used as the fuel.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a reforming unit of a fuel cell system natural gas pump control method or apparatus in the present embodiment.
The fuel reforming system 10 includes a fuel supply unit 13, a combustion unit 20, and a reforming unit 21, which are connected by piping.
A fuel gas cutoff valve 14 (double valve) is provided at the tip of the fuel supply unit 13, and a combustion fuel pump 11 and a reforming fuel pump 12 are connected to the tip of the fuel gas cutoff valve 14.
Fuel is supplied from the fuel supply unit 13 to the combustion unit 20 via the first fuel line 17 by the combustion fuel pump 11, and the reforming fuel pump 12 is supplied from the fuel supply unit 13 to the reforming unit 21. Thus, the fuel is supplied through the second fuel line 18. A first shutoff valve 16 is provided in the second fuel line 18.
A bypass line 19 connecting the first fuel line 17 in the second fuel line between the first cutoff valve 16 and the reforming fuel pump 12, and a second cutoff valve 15 provided in the bypass line 19 include Is provided.
The 1st fuel line 17 is a line which connects the combustion part 20 and the fuel supply port (For example, the fuel supply port provided in the building, and the supply port of the storage container which stores fuel) which supplies fuel. The fuel supplied from the fuel supply port is supplied to the combustion unit 20 via the first fuel line 17. The second fuel line 18 communicates the reforming unit 21 and the fuel supply port, and the fuel supplied from the supply port is supplied to the reforming unit 21 via the second fuel line 18. The

この燃焼用燃料ポンプ１１には、最大１Ｌ／ｍｉｎの吐出容量を持つポンプが選定されている。燃焼用燃料ポンプ１１には逆流防止弁が設けられており、また、最小は０．１Ｌ／ｍｉｎ程度の流量まで対応可能である。
一方、改質用燃料ポンプ１２には、最大５Ｌ／ｍｉｎの吐出容量を持つポンプが選定されている。改質用燃料ポンプ１２には逆流防止弁が設けられており、また、最小は０．５Ｌ／ｍｉｎ程度の流量まで対応可能である。
燃焼部２０には、他に空気取入部２２と、排気管２３が接続されており、燃料供給部１３から送られてきた燃料を、空気取入部２２から取り入れた空気と混合して燃焼させ、排気管２３で排気をおこなう。
改質部２１では、スタックライン２４が接続されており、燃料から改質して生成した燃料ガスを、スタックライン２４を通じて図示しない燃料電池部へと送り出す。
なお、図示しないが、改質部２１とスタックライン２４の間には、改質部２１で生成された燃料ガス中の一酸化炭素をシフト反応させるシフト反応部、シフト反応部から排出される燃料ガス中の一酸化炭素を低減する一酸化炭素低減部が設けられている。シフト反応部、一酸化炭素低減部によって燃料電池の電極触媒を被毒させる燃料ガス中の一酸化炭素濃度を低減させる。一酸化炭素低減部には、わずかな空気を供給し一酸化炭素を選択的に酸化して除去する一酸化炭素選択酸化部を使用しても、一酸化炭素と水を反応させてメタンを生成するメタネーション反応部としてもよい。 As the combustion fuel pump 11, a pump having a maximum discharge capacity of 1 L / min is selected. The combustion fuel pump 11 is provided with a backflow prevention valve, and the minimum is applicable to a flow rate of about 0.1 L / min.
On the other hand, a pump having a maximum discharge capacity of 5 L / min is selected as the reforming fuel pump 12. The reforming fuel pump 12 is provided with a backflow prevention valve, and the minimum is applicable to a flow rate of about 0.5 L / min.
In addition, an air intake unit 22 and an exhaust pipe 23 are connected to the combustion unit 20, and the fuel sent from the fuel supply unit 13 is mixed with the air taken in from the air intake unit 22 and burned. Exhaust is performed through the exhaust pipe 23.
In the reforming unit 21, a stack line 24 is connected, and fuel gas generated by reforming from the fuel is sent to a fuel cell unit (not shown) through the stack line 24.
Although not shown, between the reforming unit 21 and the stack line 24, a shift reaction unit that shifts carbon monoxide in the fuel gas generated in the reforming unit 21 and fuel discharged from the shift reaction unit A carbon monoxide reduction unit that reduces carbon monoxide in the gas is provided. The concentration of carbon monoxide in the fuel gas that poisons the electrode catalyst of the fuel cell is reduced by the shift reaction unit and the carbon monoxide reduction unit. Even if a carbon monoxide selective oxidation unit that selectively oxidizes and removes carbon monoxide is supplied to the carbon monoxide reduction unit, methane is produced by reacting carbon monoxide with water. It is good also as a methanation reaction part.

これらの構成は、天然ガスを用いた燃料電池システムの一部である燃料改質システム１０を表したもので、この他、スタックライン２４の先に繋がる図示しない燃料電池部、回収水タンク、蒸発器、凝縮器等から構成される、燃料電池システムが１つのパッケージに収められて、一般家庭や小規模な店舗等に設置できるようになっている。
前述のように燃料に天然ガス等を燃料に使用するので、プロパンガスや都市ガス等のインフラが整っている環境では利用し易いというメリットがある。 These configurations represent the fuel reforming system 10 that is a part of a fuel cell system using natural gas. In addition, a fuel cell unit (not shown) connected to the end of the stack line 24, a recovered water tank, evaporation A fuel cell system including a condenser, a condenser, and the like is housed in one package and can be installed in a general household or a small store.
As described above, since natural gas or the like is used as fuel, there is an advantage that it is easy to use in an environment where infrastructure such as propane gas or city gas is prepared.

次に流路構成について説明する。
図２に示す第１流路構成は、システム起動時の流路である。
システム起動時は、第１遮断弁１６が閉じられて第２遮断弁１５が開放されている。また、燃焼用燃料ポンプ１１は作動させず、改質用燃料ポンプ１２を作動させている。また、燃料ガス遮断弁１４は開放されている。
従って、燃料供給部１３から改質用燃料ポンプ１２によって燃料は運び出され、第２燃料ライン１８を通過し、途中分岐するバイパスライン１９を通って、第１燃料ライン１７に接続され、燃焼部２０に供給されることになる。 Next, the flow path configuration will be described.
The first channel configuration shown in FIG. 2 is a channel when the system is activated.
When the system is activated, the first cutoff valve 16 is closed and the second cutoff valve 15 is opened. Further, the combustion fuel pump 11 is not operated, and the reforming fuel pump 12 is operated. Further, the fuel gas cutoff valve 14 is opened.
Accordingly, the fuel is carried out from the fuel supply unit 13 by the reforming fuel pump 12, passes through the second fuel line 18, passes through the bypass line 19 that branches in the middle, and is connected to the first fuel line 17, and the combustion unit 20. Will be supplied.

図３に示す第２流路構成は、通常運転時の流路である。
通常運転時は、第１遮断弁１６が開放されて、第２遮断弁１５が閉じられている。また、燃焼用燃料ポンプ１１及び改質用燃料ポンプ１２は作動しており、燃料ガス遮断弁１４
は開放されている。
従って、燃料供給部１３から燃焼用燃料ポンプ１１によって、第１燃料ライン１７を通過し、燃焼部２０に燃料が供給される。また燃料供給部１３から改質用燃料ポンプ１２によって、第２燃料ライン１８を通過し改質部２１に燃料が供給される。この時、第２遮断弁１５は閉じられているので、第１燃料ライン１７と第２燃料ライン１８の間を燃料が行き来することはない。 The second channel configuration shown in FIG. 3 is a channel during normal operation.
During normal operation, the first cutoff valve 16 is opened and the second cutoff valve 15 is closed. In addition, the combustion fuel pump 11 and the reforming fuel pump 12 are operating, and the fuel gas cutoff valve 14
Is open.
Therefore, the fuel is supplied from the fuel supply unit 13 to the combustion unit 20 through the first fuel line 17 by the combustion fuel pump 11. Further, the fuel is supplied from the fuel supply unit 13 to the reforming unit 21 through the second fuel line 18 by the reforming fuel pump 12. At this time, since the second shutoff valve 15 is closed, fuel does not travel between the first fuel line 17 and the second fuel line 18.

燃料改質システム１０はこのような構成をしており、燃料改質することで燃料電池に水素を供給することが出来る。
次に、起動時のシステムフローを図４に示して、本実施例の燃料電池システム天然ガスポンプ制御方法、及び制御装置の起動時の動作を説明する。
Ｓ１０でシステムが起動されると、Ｓ１１で燃料ガス遮断弁１４の開放指令が出され、燃料ガス遮断弁１４が開放されて、燃料を供給できるようになる。Ｓ１２では、第２遮断弁１５の開放指令が出され、第２遮断弁１５が開放されて、バイパスライン１９を燃料が通過できるようになる。この状態で図２の第１流路構成になっており、第１遮断弁１６は閉じているので、改質部２１には燃料は供給されない。
Ｓ１３では、改質用燃料ポンプ１２の駆動指令が出され、燃焼部への燃料供給が開始される。前述のように、起動時には改質部２１での反応が開始できるようにするため、燃焼部２０に多くの燃料を必要とする。したがって吐出能力の大きい改質用燃料ポンプ１２によって燃焼部２０に燃料が送られる。 The fuel reforming system 10 has such a configuration, and hydrogen can be supplied to the fuel cell by reforming the fuel.
Next, FIG. 4 shows a system flow at the time of start-up, and the operation at the time of start-up of the fuel cell system natural gas pump control method and the control device of the present embodiment will be described.
When the system is activated in S10, a command to open the fuel gas shut-off valve 14 is issued in S11, and the fuel gas shut-off valve 14 is opened so that fuel can be supplied. In S12, an opening command for the second cutoff valve 15 is issued, the second cutoff valve 15 is opened, and fuel can pass through the bypass line 19. In this state, the first flow path configuration of FIG. 2 is established, and the first shutoff valve 16 is closed, so that no fuel is supplied to the reforming unit 21.
In S13, a drive command for the reforming fuel pump 12 is issued, and fuel supply to the combustion section is started. As described above, a large amount of fuel is required for the combustion unit 20 so that the reaction in the reforming unit 21 can be started at the time of startup. Therefore, the fuel is sent to the combustion unit 20 by the reforming fuel pump 12 having a large discharge capacity.

Ｓ１４では、燃焼部２０へ着火指令を行う。ここで燃焼部２０での燃焼が始まり、空気取入部２２から空気を取り入れ、燃焼によって発生したガスを排気管２３から排気する。
Ｓ１５では、改質用燃料ポンプ１２に、流量減少指令を出す。燃焼部２０で燃焼が開始されると、必要なエネルギーが蓄えられるので、次第に改質用燃料ポンプ１２の出力を絞り、燃焼を調整してゆく。
そしてＳ１６で、改質用燃料ポンプ１２での流量が１Ｌ／ｍｉｎになるまで待機し（Ｓ１６：Ｎｏ）、１Ｌ／ｍｉｎ未満になった時点で（Ｓ１６：Ｙｅｓ）、Ｓ１７へ進み、燃焼用燃料ポンプ１１へ駆動指令を出し、Ｓ１８で改質用燃料ポンプ１２の停止指令を出して、Ｓ１９にて第２遮断弁１５を閉める指令を出し、Ｓ２０にて第１遮断弁１６を開放する指令を出して、Ｓ２１にて再び改質用燃料ポンプ１２を起動して、改質部２１への燃料の供給を開始する。この後、Ｓ２２の発電シーケンスへ移行する。
この状態で図３の第２流路状態になり、燃焼部２０、改質部２１各々に、燃焼用燃料ポンプ１１、改質用燃料ポンプ１２から燃料が供給されることになる。 In S14, an ignition command is issued to the combustion unit 20. Here, combustion in the combustion unit 20 starts, air is taken in from the air intake unit 22, and gas generated by the combustion is exhausted from the exhaust pipe 23.
In S15, a flow rate reduction command is issued to the reforming fuel pump 12. When combustion is started in the combustion unit 20, necessary energy is stored. Therefore, the output of the reforming fuel pump 12 is gradually reduced to adjust the combustion.
In S16, the process waits until the flow rate at the reforming fuel pump 12 reaches 1 L / min (S16: No). When the flow rate becomes less than 1 L / min (S16: Yes), the process proceeds to S17, and the fuel for combustion A drive command is issued to the pump 11, a stop command for the reforming fuel pump 12 is issued in S18, a command to close the second shut-off valve 15 is issued in S19, and a command to open the first shut-off valve 16 is issued in S20. In step S21, the reforming fuel pump 12 is started again, and fuel supply to the reforming unit 21 is started. Thereafter, the process proceeds to the power generation sequence of S22.
In this state, the second flow path state shown in FIG. 3 is obtained, and fuel is supplied from the combustion fuel pump 11 and the reforming fuel pump 12 to the combustion unit 20 and the reforming unit 21, respectively.

このような構成からなるので、本実施例による燃料電池システムポンプ制御方法、及び制御装置は以下のような作用効果を示す。
システム起動時と、通常運転時にてバイパスライン１９によって、流路を切り替え、使用するポンプを選択することができるので、システム起動時には吐出容量の大きい、改質用燃料ポンプ１２を使用して燃焼部２０に燃料を送り、通常運転時には吐出容量の小さい燃焼用燃料ポンプ１１を使用して燃焼部２０に燃料を送り、必要な量の燃料を安定的に供給することができる。
これによって従来問題であった、通常運転時において発電量が小さい場合に、対応して燃料を安定的に送ることができ、燃料効率を向上させると共に、エミッションを低減させることができるようになった。 Since it consists of such composition, the fuel cell system pump control method and control device by this example show the following operation effects.
Since the flow path can be switched and the pump to be used can be selected by the bypass line 19 at the time of system start-up and normal operation, the combustion section is used by using the reforming fuel pump 12 having a large discharge capacity at the time of system start-up. The fuel can be sent to the fuel tank 20 and the fuel can be sent to the combustion section 20 using the combustion fuel pump 11 having a small discharge capacity during normal operation, so that a necessary amount of fuel can be stably supplied.
As a result, when the amount of power generation during normal operation is small, fuel can be sent stably correspondingly, and fuel efficiency can be improved and emissions can be reduced. .

本発明の別の第２の実施の形態について図５に基づいて説明する。図５の実施の形態は、図１のものとほとんど同じ構成であるので、同じ構成部分については、同じ番号を付して説明を割愛し、相違点のみ説明する。図１と比較して、バイパスライン１９に、第２遮断弁１５が設けられていない点が相違している。
すなわち、第２遮断弁１５を設けないでバイパスライン１９のみ設けた場合でも、第１燃料ライン１７及び第２燃料ライン１８に図示しない圧力センサを設けて、各ラインにおける圧力値をフィードバックすることにより、第２燃料ライン１８から第１燃料ライン１７に対して任意の量の燃料を供給することが可能である。一般に、流体の流速は、ベルヌーイの定理により、差圧により決まるので、バイパスライン１９に所定面積のオリフィスを設けておけば、第２燃料ライン１８と第１燃料ライン１７との差圧により流速を求め、オリフィスの面積とを乗算することで、第２燃料ラインから第１燃料ラインへ供給する燃料の量をコントロールできるのである。
第２の実施の形態によれば、第２遮断弁１５を無くすことができる利点がある。 Another second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The embodiment of FIG. 5 has almost the same configuration as that of FIG. 1, and therefore, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted, and only differences are described. Compared with FIG. 1, the second cutoff valve 15 is not provided in the bypass line 19.
That is, even when only the bypass line 19 is provided without providing the second shutoff valve 15, pressure sensors (not shown) are provided in the first fuel line 17 and the second fuel line 18 to feed back pressure values in the respective lines. It is possible to supply an arbitrary amount of fuel from the second fuel line 18 to the first fuel line 17. Generally, the flow velocity of the fluid is determined by the differential pressure according to Bernoulli's theorem. Therefore, if an orifice having a predetermined area is provided in the bypass line 19, the flow velocity is increased by the differential pressure between the second fuel line 18 and the first fuel line 17. The amount of fuel supplied from the second fuel line to the first fuel line can be controlled by obtaining and multiplying the area of the orifice.
According to the second embodiment, there is an advantage that the second cutoff valve 15 can be eliminated.

また、圧力センサを設けなくても、バイパスライン１９に所定の開口面積のオリフィスを設けておけば、起動時には、第１遮断弁１６を閉じた状態で第１燃料ポンプ及び第２燃料ポンプを共に駆動して、大容量の燃料を供給し、運転時には、第１遮断弁１６を開くことで第２燃料ポンプからの燃料を改質部２１に供給すると共に、第１燃料ラインへも所定量の燃料を供給することが可能である。   Even if the pressure sensor is not provided, if the orifice having a predetermined opening area is provided in the bypass line 19, at the time of start-up, both the first fuel pump and the second fuel pump are kept with the first shut-off valve 16 closed. Driven to supply a large volume of fuel, and during operation, the first shutoff valve 16 is opened to supply fuel from the second fuel pump to the reforming unit 21 and to the first fuel line by a predetermined amount. It is possible to supply fuel.

上述したように、第１及び第２の実施例の改質装置によれば、以下の効果を奏する。
（１）供給された燃料を改質して水素を生成する改質部２１と、供給された燃料を燃焼させて改質部２１を加熱する燃焼部２０と、燃焼部２０に燃料を搬送する第１燃料ライン１７に、燃料を圧縮して供給する第１燃料ポンプ１１と、改質部２１に燃料を供給する第２燃料ライン１８に、燃料を圧縮して供給する第２燃料ポンプ１２と、第１燃料ライン１７と第２燃料ライン１８とを連通させるバイパスライン１９とを有するので、一方のポンプに余力がある場合に、余力のあるポンプの出力を上げることにより、他方ポンプの能力不足を補完することができる。すなわち、システム起動時には、第２燃料ポンプから多くの燃料を供給することが可能であり、通常運転時には第１燃料ポンプから少量の燃料を供給することが可能である。
これによって、燃焼部へ常に必要なだけの燃料を供給することができるという優れた効果を奏する。
また、第２燃料ポンプはもともと燃料改質部に燃料を供給するために用いられているので、バイパスラインを追加するだけで、ポンプを新たに追加するほどのコストをかけずに、必要な燃料の供給を行うことが可能となる。 As described above, according to the reformers of the first and second embodiments, the following effects can be obtained.
(1) A reforming unit 21 that reforms the supplied fuel to generate hydrogen, a combustion unit 20 that heats the reforming unit 21 by burning the supplied fuel, and transports the fuel to the combustion unit 20 A first fuel pump 11 that compresses and supplies fuel to the first fuel line 17; a second fuel pump 12 that compresses and supplies fuel to a second fuel line 18 that supplies fuel to the reforming unit 21; Since the first fuel line 17 and the second fuel line 18 are connected to each other, the bypass line 19 communicates with each other. Therefore, when one of the pumps has a surplus capacity, the capacity of the other pump is insufficient by increasing the output of the surplus pump. Can be complemented. That is, a large amount of fuel can be supplied from the second fuel pump when the system is started, and a small amount of fuel can be supplied from the first fuel pump during normal operation.
As a result, an excellent effect is obtained in that only the required amount of fuel can be supplied to the combustion section at all times.
In addition, since the second fuel pump is originally used to supply fuel to the fuel reforming section, the required fuel can be obtained by adding a bypass line without incurring the cost of adding a new pump. Can be supplied.

（２）さらに、第１燃料ポンプ１１の供給容量が第２燃料ポンプ１２の供給容量よりも少ないので、これにより、第１燃料ポンプの供給容量を小さくすることができる。
（３）さらに、バイパスライン１９に第２遮断弁１５を設けたので、第１燃料ラインと第２燃料ラインとを遮断できるため、運転時には、他のポンプの影響を受けずに各ポンプを制御することができる。また、第１燃料ポンプ１１及び第２燃料ポンプ１２を精確にコントロールする必要がなくなり、制御装置を簡略化できる。
（４）さらに、第１燃料ポンプ１１が、改質部２１で燃料を改質する際に、燃焼部２０で必要とされる、最低限度の燃料を安定的に供給可能な燃料供給能力を持ち、第２燃料ポンプ１２が、改質部２１で燃料を改質する際に、改質部２１で必要とされる、最大限度の燃料を安定的に供給可能な燃料供給能力を持つので、第１ポンプの供給容量を、改質部で燃料を改質する際に燃焼部で必要とされる最低限度の燃料を安定的に供給可能な燃料供給レベルまで下げることができる。
また、システム起動時においては、改質部には、燃料の供給を必要としないので、第１燃料ポンプを使用して、初期の燃焼に必要な燃料を供給し、通所運転時には第２ポンプを使用して、継続運転に必要な燃料を供給し、安定的にシステムを稼動することが可能となる。また、最適な量の燃料を、安定的に改質部と燃焼部に供給することが可能となる。 (2) Furthermore, since the supply capacity of the first fuel pump 11 is smaller than the supply capacity of the second fuel pump 12, this makes it possible to reduce the supply capacity of the first fuel pump.
(3) Furthermore, since the second shutoff valve 15 is provided in the bypass line 19, the first fuel line and the second fuel line can be shut off, so that each pump is controlled without being influenced by other pumps during operation. can do. Further, it is not necessary to accurately control the first fuel pump 11 and the second fuel pump 12, and the control device can be simplified.
(4) Furthermore, when the first fuel pump 11 reforms the fuel in the reforming unit 21, it has a fuel supply capability that can stably supply the minimum amount of fuel required in the combustion unit 20. Since the second fuel pump 12 has a fuel supply capability capable of stably supplying the maximum amount of fuel required by the reforming unit 21 when the reforming unit 21 reforms the fuel, The supply capacity of one pump can be lowered to a fuel supply level that can stably supply the minimum amount of fuel required in the combustion section when reforming the fuel in the reforming section.
In addition, since no fuel is required for the reforming unit when the system is started, the first fuel pump is used to supply the fuel necessary for the initial combustion, and the second pump is used during normal operation. By using it, it becomes possible to supply the fuel necessary for continuous operation and to operate the system stably. In addition, an optimal amount of fuel can be stably supplied to the reforming section and the combustion section.

また、上述したように、本実施の形態による燃料電池システムポンプ制御方法、及び制御装置によれば、以下の優れた効果を奏する。
（５）燃料から水素を作り出すための改質部２１と、改質部２１を過熱するための燃焼部２０と、燃焼部２０に第１燃料ライン１７を介して接続され、燃料を燃焼部２０に供給するために用いる第１燃料ポンプ１１と、改質部２１に第２燃料ライン１８を介して接続され、燃料を改質部２１に供給するために用いる第２燃料ポンプ１２と、第２燃料ライン１８中であって、改質部２１と、第２燃料ポンプ１２の間に接続される第１遮断弁１６とを備える燃料電池システムポンプ制御方法であって、第１遮断弁１６と第２燃料ポンプ１２との間の第２燃料ライン１８中と、第１燃料ライン１７を接続するバイパスライン１９を備え、第１燃料ポンプ１２の供給容量が、第２燃料ポンプ１１の供給容量よりも少なく、システム起動時には、第１遮断弁１６を閉じ、第２燃料ポンプ１２から、バイパスライン１９を通じて、燃焼部２０へ燃料を供給するシステム起動工程を行い、システム運転時には、第１遮断弁を開けるシステム運転工程を行うので、システム起動時には、改質用燃料ポンプ１２から多くの燃料を供給することが可能であり、通常運転時には燃焼用燃料ポンプ１１から少量の燃料を供給することが可能である。 Further, as described above, the fuel cell system pump control method and control device according to the present embodiment have the following excellent effects.
(5) A reforming unit 21 for producing hydrogen from the fuel, a combustion unit 20 for overheating the reforming unit 21, and a combustion unit 20 connected to the combustion unit 20 via the first fuel line 17 and supplying the fuel to the combustion unit 20 A second fuel pump 12 connected to the reforming unit 21 via the second fuel line 18 and used to supply fuel to the reforming unit 21; A fuel cell system pump control method comprising a reforming unit 21 and a first shutoff valve 16 connected between the second fuel pump 12 in the fuel line 18, wherein the first shutoff valve 16 and the first shutoff valve 16 And a bypass line 19 connecting the first fuel line 17 to the second fuel line 18 between the second fuel pump 12 and the supply capacity of the first fuel pump 12 than the supply capacity of the second fuel pump 11. At first, when the system starts, The system startup process is performed by closing the valve 16 and performing a system startup process for supplying fuel from the second fuel pump 12 to the combustion unit 20 through the bypass line 19 and opening the first shut-off valve during system operation. Sometimes, a large amount of fuel can be supplied from the reforming fuel pump 12, and a small amount of fuel can be supplied from the combustion fuel pump 11 during normal operation.

（６）さらに、バイパスライン１９に第２遮断弁１５を設け、システム起動工程においては、第２遮断弁１５を開け、システム運転時には、第２遮断弁１５を閉じるので、簡単な制御で全体を最適にコントロールすることが可能である。また、燃焼用燃料ポンプ１１を使用して、初期の燃焼に必要な燃料を燃焼部２０に供給し、通常運転時には改質用燃料ポンプ１２して、継続運転に必要な燃料を燃焼部２０に供給し、安定的にシステムを稼動することが可能となる。
（７）さらに、第１燃料ポンプ１１が、改質部２１で燃料を改質する際に、燃焼部２０で必要とされる、最低限度の燃料を安定的に供給可能な燃料供給能力を持ち、第２燃料ポンプ１２が、改質部２１で燃料を改質する際に、改質部２１で必要とされる、最大限度の燃料を安定的に供給可能な燃料供給能力を持つので、第１ポンプの供給容量を、改質部で燃料を改質する際に燃焼部で必要とされる最低限度の燃料を安定的に供給可能な燃料供給レベルまで下げることができる。
また、システム起動時においては、改質部２１には、燃料の供給を必要としないので、第１燃料ポンプ１１を使用して、初期の燃焼に必要な燃料を供給し、通所運転時には第２ポンプ１２を使用して、継続運転に必要な燃料を供給し、安定的にシステムを稼動することが可能となる。また、最適な量の燃料を、安定的に改質部と燃焼部に供給することが可能となる。 (6) Furthermore, the second shutoff valve 15 is provided in the bypass line 19, and the second shutoff valve 15 is opened in the system start-up process, and the second shutoff valve 15 is closed during system operation. Optimal control is possible. Further, the combustion fuel pump 11 is used to supply the fuel necessary for initial combustion to the combustion unit 20, and during the normal operation, the reforming fuel pump 12 is used to supply the fuel necessary for continuous operation to the combustion unit 20. It is possible to supply and operate the system stably.
(7) Furthermore, when the first fuel pump 11 reforms the fuel in the reforming unit 21, the first fuel pump 11 has a fuel supply capability that can stably supply the minimum amount of fuel required in the combustion unit 20. Since the second fuel pump 12 has a fuel supply capability capable of stably supplying the maximum amount of fuel required by the reforming unit 21 when the reforming unit 21 reforms the fuel, The supply capacity of one pump can be lowered to a fuel supply level that can stably supply the minimum amount of fuel required in the combustion section when reforming the fuel in the reforming section.
Further, when the system is started, fuel is not required for the reforming unit 21, so the first fuel pump 11 is used to supply the fuel necessary for the initial combustion, and the second fuel is supplied during the normal operation. The pump 12 can be used to supply the fuel necessary for continuous operation and to operate the system stably. In addition, an optimal amount of fuel can be stably supplied to the reforming section and the combustion section.

以上、本発明の改質装置、燃料電池システムガスポンプ制御方法における実施の形態を例示したが、この実施の形態に限られることなく発明の趣旨を逸脱しない範囲で変形することを妨げない。
例えば、実施例の燃焼用燃料ポンプ１１のポンプ能力を１Ｌ／ｍｉｎ、及び改質用燃料ポンプ１２のポンプ能力をと５Ｌ／ｍｉｎとしたが、この容量は燃料電池の能力に応じて変更するものであり、燃焼部２０及び改質部２１に安定的に燃料を供給できる組み合わせのポンプ能力を変更することを妨げない。
また、天然ガスを対象として説明したが、プロパンガスにも利用できるし、バイパスライン１９を設ける発明については、メタノール等の炭化水素系燃料全般を対象としても利用できる。 As mentioned above, although the embodiment in the reforming apparatus and the fuel cell system gas pump control method of the present invention has been exemplified, the present invention is not limited to this embodiment, and it does not prevent the modification without departing from the spirit of the invention.
For example, the pumping capacity of the combustion fuel pump 11 of the embodiment is set to 1 L / min, and the pumping capacity of the reforming fuel pump 12 is set to 5 L / min. This capacity is changed according to the capacity of the fuel cell. It does not prevent changing the pumping capacity of the combination that can stably supply the fuel to the combustion unit 20 and the reforming unit 21.
Moreover, although natural gas was demonstrated as object, it can utilize also for propane gas, and about the invention which provides the bypass line 19, it can utilize also about hydrocarbon-type fuels, such as methanol, in general.

本実施例における、燃料電池システム天然ガスポンプ制御方法、又は装置の改質部の構成について示した模式図である。It is the schematic diagram shown about the structure of the reforming part of the fuel cell system natural gas pump control method in an Example, or an apparatus. 本実施例における、システム起動時の流路である第１流路構成を示した図である。It is the figure which showed the 1st flow-path structure which is a flow path at the time of system starting in a present Example. 本実施例における、通常運転時の流路である第２流路構成を示した図である。It is the figure which showed the 2nd flow-path structure which is a flow path at the time of normal operation in a present Example. 本実施例における、起動時のシステムフローを示した図である。It is the figure which showed the system flow at the time of starting in a present Example. 本発明の第２の実施例の構成示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the 2nd Example of this invention. 特許文献１の、燃料電池発電システムのシステム構成図を示している。The system block diagram of the fuel cell power generation system of patent document 1 is shown. 特許文献２の、燃料電池の制御装置の構成図を示している。The block diagram of the control apparatus of the fuel cell of patent document 2 is shown.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 燃料改質システム
１１ 燃焼用燃料ポンプ
１２ 改質用燃料ポンプ
１３ 燃料供給部
１４ 燃料ガス遮断弁
１５ 第２遮断弁
１６ 第１遮断弁
１７ 第１燃料ライン
１８ 第２燃料ライン
１９ バイパスライン
２０ 燃焼部
２１ 改質部
２２ 空気取入部
２３ 排気管
２４ スタックライン DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel reforming system 11 Fuel pump 12 for combustion Fuel pump 13 for reforming Fuel supply part 14 Fuel gas shutoff valve 15 Second shutoff valve 16 First shutoff valve 17 First fuel line 18 Second fuel line 19 Bypass line 20 Combustion Section 21 reforming section 22 air intake section 23 exhaust pipe 24 stack line

Claims (10)

供給された燃料を改質して水素を生成する改質部と、
供給された燃料を燃焼させて前記改質部を加熱する燃焼部と、
前記燃焼部に燃料を供給する第１燃料ラインに、燃料を圧縮して供給する第１燃料ポンプと、
前記改質部に燃料を供給する第２燃料ラインに、燃料を圧縮して供給する第２燃料ポンプと、
前記第１燃料ラインと前記第２燃料ラインとを連通させるバイパスラインとを有することを特徴とする改質装置。 A reforming section for reforming the supplied fuel to generate hydrogen;
A combustion section for burning the supplied fuel and heating the reforming section;
A first fuel pump that compresses and supplies fuel to a first fuel line that supplies fuel to the combustion section;
A second fuel pump that compresses and supplies fuel to a second fuel line that supplies fuel to the reforming unit;
A reformer having a bypass line for communicating the first fuel line and the second fuel line. 請求項１に記載する改質装置において、
前記第１燃料ポンプの供給容量が前記第２燃料ポンプの供給容量よりも少ないことを特徴とする改質装置。 The reformer according to claim 1, wherein
A reforming apparatus, wherein a supply capacity of the first fuel pump is smaller than a supply capacity of the second fuel pump. 請求項２に記載する改質装置において、
前記バイパスラインに第２遮断弁を設けたことを特徴とする改質装置。 The reformer according to claim 2, wherein
A reformer having a second shut-off valve in the bypass line. 請求項３に記載する改質装置において、
前記第１燃料ポンプが、前記改質部で燃料を改質する際に、前記燃焼部で必要とされる、最低限度の燃料を安定的に供給可能な燃料供給能力を持ち、
前記第２燃料ポンプが、前記改質部で燃料を改質する際に、前記改質部で必要とされる、最大限度の燃料を安定的に供給可能な燃料供給能力を持つことを特徴とする改質装置。 The reformer according to claim 3, wherein
When the first fuel pump reforms the fuel in the reforming section, the first fuel pump has a fuel supply capability capable of stably supplying the minimum amount of fuel required in the combustion section,
The second fuel pump has a fuel supply capability capable of stably supplying the maximum amount of fuel required in the reforming unit when reforming the fuel in the reforming unit. Reforming equipment. 燃料から水素を作り出すための改質部と、
前記改質部を過熱するための燃焼部と、
前記燃焼部に第１燃料ラインを介して接続され、前記燃料を前記燃焼部に供給するために用いる第１燃料ポンプと、
前記改質部に第２燃料ラインを介して接続され、前記燃料を前記改質部に供給するために用いる第２燃料ポンプと、
前記第２燃料ライン中であって、前記改質部と、前記第２燃料ポンプの間に接続される第１遮断弁とを備える燃料電池システムポンプ制御方法において、
前記第１遮断弁と前記第２燃料ポンプとの間の前記第２燃料ライン中と、前記第１燃料ラインを接続するバイパスラインを備え、
前記第１燃料ポンプの供給容量が、前記第２燃料ポンプの供給容量よりも少なく、
システム起動時には、前記第１遮断弁を閉じ、前記第２燃料ポンプから、前記バイパスラインを通じて、前記燃焼部へ燃料を供給するシステム起動工程を行い、
システム運転時には、第１遮断弁を開けるシステム運転工程を行うことを特徴とする燃料電池システムポンプ制御方法。 A reforming section for producing hydrogen from fuel,
A combustion section for overheating the reforming section;
A first fuel pump connected to the combustion section via a first fuel line and used to supply the fuel to the combustion section;
A second fuel pump connected to the reforming section via a second fuel line and used to supply the fuel to the reforming section;
In the fuel cell system pump control method, comprising the reforming unit and a first shutoff valve connected between the second fuel pump in the second fuel line.
A bypass line for connecting the first fuel line in the second fuel line between the first shut-off valve and the second fuel pump;
The supply capacity of the first fuel pump is less than the supply capacity of the second fuel pump;
At the time of system startup, the first shut-off valve is closed, and a system startup process for supplying fuel from the second fuel pump to the combustion section through the bypass line is performed.
A fuel cell system pump control method comprising performing a system operation step of opening a first shut-off valve during system operation. 請求項５に記載する燃料電池システムポンプ制御方法において、
前記バイパスラインに第２遮断弁を設け、
前記システム起動工程においては、前記第２遮断弁を開け、前記システム運転時には、前記第２遮断弁を閉じることを特徴とする燃料電池システムポンプ制御方法。 In the fuel cell system pump control method according to claim 5,
A second shut-off valve is provided in the bypass line;
In the system starting step, the second shut-off valve is opened, and the second shut-off valve is closed during the system operation. 請求項５に記載する燃料電池システムポンプ制御方法において、
前記第１燃料ポンプが、前記改質部で燃料を改質する際に、前記燃焼部で必要とされる、最低限度の燃料を安定的に供給可能な燃料供給能力を持ち、
前記第２燃料ポンプが、前記改質部で燃料を改質する際に、前記改質部で必要とされる、最大限度の燃料を安定的に供給可能な燃料供給能力を持つことを特徴とする燃料電池システムポンプ制御方法。 In the fuel cell system pump control method according to claim 5,
When the first fuel pump reforms the fuel in the reforming section, the first fuel pump has a fuel supply capability capable of stably supplying the minimum amount of fuel required in the combustion section,
The second fuel pump has a fuel supply capability capable of stably supplying the maximum amount of fuel required in the reforming unit when reforming the fuel in the reforming unit. To control the fuel cell system pump. 燃料から水素を作り出すための改質部と、
前記改質部を過熱するための燃焼部と、
前記燃焼部に第１燃料ラインを介して接続され、前記燃料を前記燃焼部に供給するために用いる第１燃料ポンプと、
前記改質部に第２燃料ラインを介して接続され、前記燃料を前記改質部に供給するために用いる第２燃料ポンプと、
前記第２燃料ライン中であって、前記改質部と、前記第２燃料ポンプの間に接続される第１遮断弁とを備える燃料電池システムポンプ制御装置において、
前記第１遮断弁と前記第２燃料ポンプとの間の前記第２燃料ライン中と、前記第１燃料ラインを接続するバイパスラインを備え、
前記第１燃料ポンプの供給容量が前記第２燃料ポンプの供給容量よりも少ないことを特徴とする燃料電池システムポンプ制御装置。 A reforming section for producing hydrogen from fuel,
A combustion section for overheating the reforming section;
A first fuel pump connected to the combustion section via a first fuel line and used to supply the fuel to the combustion section;
A second fuel pump connected to the reforming section via a second fuel line and used to supply the fuel to the reforming section;
In the fuel cell system pump control device, comprising the reforming unit and a first shutoff valve connected between the second fuel pump in the second fuel line,
A bypass line for connecting the first fuel line in the second fuel line between the first shut-off valve and the second fuel pump;
The fuel cell system pump control device, wherein a supply capacity of the first fuel pump is smaller than a supply capacity of the second fuel pump. 請求項８に記載する燃料電池システムポンプ制御装置において、
前記バイパスラインに第２遮断弁を設けたことを特徴とする燃料電池システムポンプ制御装置。 In the fuel cell system pump control device according to claim 8,
A fuel cell system pump control device comprising a second shutoff valve in the bypass line. 請求項８に記載する燃料電池システムポンプ制御装置において、
前記第１燃料ポンプが、前記改質部で燃料を改質する際に、前記燃焼部で必要とされる、最低限度の燃料を安定的に供給可能な燃料供給能力を持ち、
前記第２燃料ポンプが、前記改質部で燃料を改質する際に、前記改質部で必要とされる、最大限度の燃料を安定的に供給可能な燃料供給能力を持つことを特徴とする燃料電池システムポンプ制御装置。 In the fuel cell system pump control device according to claim 8,
When the first fuel pump reforms the fuel in the reforming section, the first fuel pump has a fuel supply capability capable of stably supplying the minimum amount of fuel required in the combustion section,
The second fuel pump has a fuel supply capability capable of stably supplying the maximum amount of fuel required in the reforming unit when reforming the fuel in the reforming unit. Fuel cell system pump control device.
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