JP2015022863A - Fuel cell system - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system that can keep a hydrodesulfurizer at a proper temperature even when the power generation amount of the fuel cell system is small.SOLUTION: An air supply device 9 supplies air to a combustion air supply passage 10 so that an air flow rate measured by a combustion air meter 18 does not fall below an air flow rate required to maintain stable combustion of a burner 7 which is matched with a power generation amount of a fuel cell 8. When the temperature of a hydrodesulfurizer 3 which is detected by a desulfurization temperature detector 21 exceeds a first temperature threshold value, a cooling air amount adjusting mechanism 16 of a cooling air supply passage 15 which is branched from some middle point of the combustion air supply passage 10 and has a hydrodesulfurization cooler 14 is opened, and the hydrodesulfurization cooler 14 cools the hydrodesulfurizer 3. When the flow rate of air supplied to the burner 7 which is measured by the combustion air meter 18 exceeds the air flow rate required to maintain the stable combustion of the burner 7 which is matched with the power generation amount of the fuel cell 8, an exhaust air amount adjusting mechanism 20 exhausts excess air from an exhaust passage 19.

Description

本発明は、原料を脱硫した後、改質して得た水素含有ガスを用いて発電する燃料電池システムに係るものである。   The present invention relates to a fuel cell system that generates power using a hydrogen-containing gas obtained by desulfurizing a raw material and then reforming the raw material.

燃料電池システムは、炭化水素系の原料を改質して水素を生成する水素生成装置と、水素生成装置から供給された水素を用いて発電する燃料電池と、燃料電池が発電した直流電力を交流電力へ変換するインバーター回路、およびそれらを制御する制御装置などによって構成されている。   The fuel cell system includes a hydrogen generator that reforms a hydrocarbon-based raw material to generate hydrogen, a fuel cell that generates power using hydrogen supplied from the hydrogen generator, and direct-current power generated by the fuel cell. It is configured by an inverter circuit for converting into electric power and a control device for controlling them.

燃料電池には使用する電解質の種類によって種々の方式があるが、現在、固体高分子形の燃料電池が普及段階にある。   There are various types of fuel cells depending on the type of electrolyte used. Currently, polymer electrolyte fuel cells are in widespread use.

また、水素生成装置の改質方式としては、炭化水素系の原料と水蒸気を高温で触媒反応させて水素を得る水蒸気改質方式が主流である。   As a reforming method of the hydrogen generator, a steam reforming method in which hydrogen is obtained by catalytic reaction of a hydrocarbon-based raw material and steam at a high temperature is the mainstream.

なお、原料としては、天然ガスからなる都市ガスや、ＬＰガス、灯油、バイオガスなどが使用されるが、これらの中には、付臭材として添加された硫黄分、あるいは原料中に元々含まれていた硫黄分が混入している。   In addition, natural gas city gas, LP gas, kerosene, biogas, etc. are used as raw materials. These include sulfur added as an odorant or originally contained in the raw materials. The sulfur content was mixed.

これらの硫黄分は、水素生成器の水蒸気改質に使用される触媒を被毒し、その活性を奪ってしまう。そのため、原料中の硫黄分は、水素生成器へ供給される前に脱硫する必要がある。   These sulfur components poison the catalyst used for steam reforming of the hydrogen generator and deprive its activity. Therefore, the sulfur content in the raw material needs to be desulfurized before being supplied to the hydrogen generator.

脱硫方式としては、現在、硫黄分を常温で吸着する吸着剤を充填した脱硫器に通過させて除去する吸着脱硫方式と、触媒上で水素と反応させて原料に混入した硫黄分を硫化水素に変換させてから吸着剤に取り込んで除去する水添脱硫方式の２つの方式がある。   Currently, the desulfurization method is an adsorption desulfurization method that removes sulfur by passing it through a desulfurizer filled with an adsorbent that adsorbs at room temperature. There are two methods of hydrodesulfurization, which are converted into an adsorbent and then removed.

吸着脱硫方式は、取り扱いが非常に簡便であるが、吸着容量が比較的小さいため、原料中の硫黄分濃度が高い場合は脱硫器の交換頻度が高くなり、総合した価格も高くなるという欠点がある。   The adsorptive desulfurization method is very easy to handle, but because the adsorption capacity is relatively small, the desulfurizer replacement frequency increases when the sulfur content in the raw material is high, and the overall price also increases. is there.

一方、水添脱硫方式は、吸着容量は比較的大きいが、原料に含まれる不飽和炭化水素や酸素が水添脱硫用の水素と反応して発熱するため、水添脱硫器の温度が、水添脱硫反応と吸着反応に適した温度範囲を逸脱する温度上昇を引き起こすほどの不飽和炭化水素や酸素が原料に含まれていた場合には、水添脱硫触媒が熱劣化して脱硫性能を失ってしまうという欠点がある。   On the other hand, the hydrodesulfurization method has a relatively large adsorption capacity, but the unsaturated hydrocarbon or oxygen contained in the raw material reacts with hydrogen for hydrodesulfurization and generates heat. If the raw material contains unsaturated hydrocarbons or oxygen enough to cause a temperature rise that deviates from the temperature range suitable for the hydrodesulfurization reaction and adsorption reaction, the hydrodesulfurization catalyst loses its desulfurization performance due to thermal degradation. There is a disadvantage that it ends up.

そこで、水添脱硫器の容器内または水添脱硫器の出口部の温度を検出する温度センサーを設けると共に、水添脱硫器の容器外面に冷却用熱交換器を設け、この温度センサーにより水添脱硫器の温度上昇を検知した場合に、空気供給装置から燃料電池システムに供給する空気の一部を迂回させて冷却用熱交換器に通流させることにより、水添脱硫器の温度上昇を抑える構成が提案された（例えば、特許文献１参照）。   Therefore, a temperature sensor is provided to detect the temperature in the hydrodesulfurizer vessel or the outlet of the hydrodesulfurizer, and a cooling heat exchanger is provided on the outer surface of the hydrodesulfurizer vessel. When a rise in the temperature of the desulfurizer is detected, a part of the air supplied from the air supply device to the fuel cell system is bypassed and passed through the cooling heat exchanger, thereby suppressing the temperature rise of the hydrodesulfurizer. A configuration has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特開平１０−２１４６３２号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-214632

しかしながら、特許文献１に開示された従来の構成では、水添脱硫器を冷却する冷却用熱交換器を流れる空気の量が、空気供給装置から燃料電池システムに供給する空気の量を超えることがないために、燃料電池システムの運転で使用する空気の量が少ない場合、すなわち、燃料電池システムの発電量が比較的小さい場合は、冷却用熱交換器で水添脱硫器を冷却する空気の量が不足して、冷却用熱交換器で水添脱硫器を充分に冷却できないという課題があった。   However, in the conventional configuration disclosed in Patent Document 1, the amount of air flowing through the cooling heat exchanger that cools the hydrodesulfurizer may exceed the amount of air supplied from the air supply device to the fuel cell system. Therefore, when the amount of air used in the operation of the fuel cell system is small, that is, when the power generation amount of the fuel cell system is relatively small, the amount of air that cools the hydrodesulfurizer with the cooling heat exchanger However, there was a problem that the hydrodesulfurizer could not be sufficiently cooled by the cooling heat exchanger.

そこで、本発明は、上記従来の課題に鑑み、発電量が小さい場合でも、燃料電池システムの空気供給装置から供給される空気を利用して水添脱硫器を適温に維持することができる燃料電池システムを提供することを目的としている。   Therefore, in view of the above-described conventional problems, the present invention provides a fuel cell that can maintain a hydrodesulfurizer at an appropriate temperature using air supplied from an air supply device of a fuel cell system even when the amount of power generation is small. The purpose is to provide a system.

上記目的を達成するために本発明の燃料電池システムは、燃料電池から排出される可燃成分を含むアノードオフガスと空気供給装置から燃焼空気供給経路を介して供給される空気とを用いて燃焼する燃焼器と、前記燃焼器の燃焼によって加熱されて原料流量調節器により流量調節された炭化水素系の原料を水蒸気改質して前記燃料電池の発電に使用する水素含有ガスを生成する改質器と、前記原料流量調節器と前記改質器との間の前記原料の流路に位置して前記改質器の熱の影響を受けて所定温度に加熱されるように前記改質器の近傍に配置され前記改質器で生成された水素含有ガスの一部と前記原料流量調節器からの前記原料とが供給されて原料中の硫黄分を水添脱硫方式で除去する水添脱硫器と、前記空気供給装置から前記燃焼空気供給経路に供給される空気のうちの少なくとも一部が通流するように前記燃焼空気供給経路の途中の第１分岐点から分岐し前記第１分岐点よりも下流の第１合流点で前記燃焼空気供給経路に合流する冷却空気供給経路と、前記水添脱硫器と熱交換可能に前記冷却空気供給経路の途中に設けられ前記冷却空気供給経路を通流する空気が内部を通流して前記水添脱硫器を冷却する水添脱硫冷却器と、前記冷却空気供給経路における前記水添脱硫冷却器の空気の出口部と前記第１合流点との間の空気供給経路または前記燃焼空気供給経路における前記第１合流点と前記燃焼器の空気の入口部との間の空気供給経路のいずれか一方の空気供給経路から分岐して前記燃焼器に供給される空気流量が安定燃焼の維持に必要な空気流量を超過しないように超過分の空気を途中で排出するための排出経路と、前記燃焼空気供給経路から前記排出経路への分岐点となる第２分岐点と前記燃焼器の空気の入口部との間の前記燃焼空気供給経路を通流する空気流量を計測する燃焼空気流量計と、前記水添脱硫器の温度を検出する脱硫温度検出器と、前記第１分岐点から前記冷却空気供給経路へ分岐する空気の分岐量を調整する冷却空気量調整機構と、前記第２分岐点から前記排出経路へ分岐する空気の分岐量を調整する排出空気量調整機構とを備え、前記冷却空気量調整機構は、前記脱硫温度検出器により検出する前記水添脱硫器の温度が、前記水添脱硫器の上限温度に基づいて前記上限温度を超えないように設定された第１温度閾値を超える温度に上昇すると、前記第１分岐点から前記冷却空気供給経路へ分岐する空気の分岐量を増やし、前記排出空気量調整機構は、前記燃焼空気流量計により計測する空気流量が、前記原料流量調節器の原料流量または前記燃料電池の発電量のいずれかに応じた前記燃焼器の安定燃焼の維持に必要な空気流量を超過すると、超過分の空気が前記排出経路から排出されるように前記第２分岐点から前記排出経路へ分岐する空気の分岐量を増やし、前記空気供給装置は、前記燃焼空気流量計により計測する空気流量が、前記原料流量調節器の原料流量または前記燃料電池の発電量のいずれかに応じた前記燃焼器の安定燃焼の維持に必要な空気流量を下回わらないように前記燃焼空気供給経路に空気を供給するのである。   In order to achieve the above object, a fuel cell system of the present invention is a combustion that burns using anode off-gas containing combustible components discharged from a fuel cell and air supplied from an air supply device via a combustion air supply path. And a reformer that steam-reforms the hydrocarbon-based raw material heated by the combustion of the combustor and whose flow rate is adjusted by the raw material flow rate regulator to generate a hydrogen-containing gas used for power generation of the fuel cell, , Located in the flow path of the raw material between the raw material flow controller and the reformer, and in the vicinity of the reformer so as to be heated to a predetermined temperature under the influence of heat of the reformer A hydrodesulfurizer which is supplied with a part of the hydrogen-containing gas generated by the reformer and the raw material from the raw material flow controller to remove sulfur in the raw material by hydrodesulfurization; Combustion air supply from the air supply device The combustion air is branched from a first branch point in the middle of the combustion air supply path so that at least part of the air supplied to the passage flows, and at the first junction point downstream from the first branch point. A cooling air supply path that merges with the supply path, and air that is provided in the middle of the cooling air supply path so as to be able to exchange heat with the hydrodesulfurizer, flows through the cooling air supply path and flows through the interior. A hydrodesulfurization cooler that cools the desulfurizer; and an air supply path between the outlet of the hydrodesulfurization cooler in the cooling air supply path and the first junction or the combustion air supply path Air that is branched from one of the air supply paths between the first junction and the air inlet of the combustor and that is supplied to the combustor is necessary for maintaining stable combustion. Excess so as not to exceed the flow rate A discharge path for discharging air halfway, and a combustion air supply path between a second branch point serving as a branch point from the combustion air supply path to the discharge path and an air inlet of the combustor. A combustion air flow meter that measures the flow rate of air flowing through, a desulfurization temperature detector that detects the temperature of the hydrodesulfurizer, and a branch amount of air that branches from the first branch point to the cooling air supply path are adjusted. A cooling air amount adjusting mechanism, and a discharge air amount adjusting mechanism for adjusting a branch amount of air branched from the second branch point to the discharge path. The cooling air amount adjusting mechanism is controlled by the desulfurization temperature detector. When the temperature of the hydrodesulfurizer to be detected rises to a temperature exceeding a first temperature threshold set so as not to exceed the upper limit temperature based on the upper limit temperature of the hydrodesulfurizer, from the first branch point Branch to the cooling air supply path The amount of air branching is increased, and the exhaust air amount adjusting mechanism is configured such that the air flow rate measured by the combustion air flow meter is in accordance with either the raw material flow rate of the raw material flow rate controller or the power generation amount of the fuel cell. When the air flow rate necessary for maintaining stable combustion of the combustor is exceeded, the amount of air branching from the second branch point to the discharge path is increased so that excess air is discharged from the discharge path, The air supply device has an air flow measured by the combustion air flow meter, and the air required for maintaining stable combustion of the combustor according to either the raw material flow rate of the raw material flow rate controller or the power generation amount of the fuel cell. Air is supplied to the combustion air supply path so as not to fall below the flow rate.

上記構成において、水添脱硫器は、燃料電池システムの運転（発電）時には、原料に含
まれる不飽和炭化水素や酸素が水添脱硫用の水素と反応して水添脱硫器の上限温度以上の高温に発熱する特別な場合を除いては、改質器の熱の影響を受けて所定温度（水添脱硫器の下限温度より高く上限温度より低い略適温）に加熱されるように構成されている。 In the above configuration, when the fuel cell system is operated (power generation), the hydrodesulfurizer reacts with hydrogen for hydrodesulfurization so that unsaturated hydrocarbons and oxygen contained in the raw material exceed the upper limit temperature of the hydrodesulfurizer. Except in special cases where heat is generated at a high temperature, it is configured to be heated to a predetermined temperature (substantially appropriate temperature that is higher than the lower limit temperature of the hydrodesulfurizer and lower than the upper limit temperature) under the influence of the heat of the reformer. Yes.

また、空気供給装置は、燃焼空気流量計により計測する空気流量が、原料流量調節器の原料流量または燃料電池の発電量のいずれかに応じた燃焼器の安定燃焼の維持に必要な空気流量を下回わらないように燃焼空気供給経路に空気を供給する。   In addition, the air supply device is configured such that the air flow rate measured by the combustion air flow meter is an air flow rate necessary for maintaining stable combustion of the combustor according to either the raw material flow rate of the raw material flow rate controller or the power generation amount of the fuel cell. Air is supplied to the combustion air supply path so as not to fall below.

もし、原料に含まれる不飽和炭化水素や酸素が水添脱硫用の水素と反応して発熱した影響や環境温度の変化や改質器の触媒性能の経時的劣化等の外乱や経時的な変化により、脱硫温度検出器により検出する水添脱硫器の温度が、水添脱硫器の上限温度に基づいて上限温度を超えないように設定された第１温度閾値を超える温度に上昇すると、冷却空気量調整機構は、第１分岐点から冷却空気供給経路へ分岐する空気の分岐量を増やすのである。   If the unsaturated hydrocarbon or oxygen contained in the raw material reacts with hydrogen for hydrodesulfurization, it generates heat, changes in environmental temperature, disturbances such as deterioration of reformer catalyst performance over time, and changes over time When the temperature of the hydrodesulfurizer detected by the desulfurization temperature detector rises to a temperature exceeding the first temperature threshold set so as not to exceed the upper limit temperature based on the upper limit temperature of the hydrodesulfurizer, the cooling air The amount adjusting mechanism increases the amount of air branched from the first branch point to the cooling air supply path.

第１分岐点から冷却空気供給経路へ分岐する空気の分岐量が増えると、水添脱硫冷却器の内部を流れる空気の流量が増えることにより、水添脱硫冷却器の内部を流れる空気と水添脱硫器との熱交換量が増えて、水添脱硫冷却器が水添脱硫器を冷却する能力が高まり、水添脱硫器の温度上昇が抑えられるので、冷却空気量調整機構により増量する冷却空気供給経路の空気流量を適切に設定すれば、水添脱硫器の温度が上限温度を超えることを防ぐことができる。   As the amount of air branching from the first branch point to the cooling air supply path increases, the flow rate of air flowing through the hydrodesulfurization cooler increases, so that the air flowing through the hydrodesulfurization cooler and hydrogenation flow. Since the amount of heat exchange with the desulfurizer increases, the hydrodesulfurization cooler increases the ability to cool the hydrodesulfurizer, and the temperature rise of the hydrodesulfurizer is suppressed, so the cooling air increased by the cooling air amount adjustment mechanism If the air flow rate in the supply path is set appropriately, the temperature of the hydrodesulfurizer can be prevented from exceeding the upper limit temperature.

また、もし、燃焼空気流量計により計測する空気流量が原料流量調節器の原料流量または燃料電池の発電量のいずれかに応じた燃焼器の安定燃焼の維持に必要な空気流量を下回わらないように空気供給装置が燃焼空気供給経路に空気を供給することや、冷却空気量調整機構が第１分岐点から冷却空気供給経路へ分岐する空気の分岐量を増やしたことや、燃料電池の発電量が比較的小さくなったことの少なくともいずれか一つが原因で、燃焼空気流量計により計測する燃焼器に供給される空気流量が、原料流量調節器の原料流量または燃料電池の発電量のいずれかに応じた燃焼器の安定燃焼の維持に必要な空気流量を超過すると、排出空気量調整機構が、超過分の空気を燃焼空気供給経路の途中から分岐した排出経路から排出するので、燃焼器の燃焼を安定させることができる。   Also, if the air flow rate measured by the combustion air flow meter does not fall below the air flow rate necessary to maintain stable combustion in the combustor according to either the raw material flow rate of the raw material flow rate controller or the power generation amount of the fuel cell As described above, the air supply device supplies air to the combustion air supply path, the cooling air amount adjustment mechanism increases the amount of air branching from the first branch point to the cooling air supply path, The air flow rate supplied to the combustor measured by the combustion air flow meter is either the raw material flow rate of the raw material flow rate controller or the power generation amount of the fuel cell due to at least one of the fact that the amount has become relatively small. When the air flow rate necessary for maintaining stable combustion of the combustor according to the air flow exceeds the exhaust air amount adjustment mechanism, the excess air is discharged from the discharge path branched from the middle of the combustion air supply path. The combustion can be stabilized.

したがって、水添脱硫器の温度が上限温度を超えないように水添脱硫器を冷却するための水添脱硫冷却器に流す空気流量が、燃焼器に供給する空気流量を上限とするように制限されないので、発電量が小さい場合でも、燃料電池システムの空気供給装置から燃焼器に供給される空気を利用して水添脱硫器を適温に維持することができる。   Therefore, the flow rate of air flowing to the hydrodesulfurization cooler for cooling the hydrodesulfurizer is limited so that the air flow rate supplied to the combustor is the upper limit so that the temperature of the hydrodesulfurizer does not exceed the upper limit temperature. Therefore, even when the power generation amount is small, the hydrodesulfurizer can be maintained at an appropriate temperature by using the air supplied from the air supply device of the fuel cell system to the combustor.

本発明によれば、発電量が小さい場合でも、燃料電池システムの空気供給装置から燃焼器に供給される空気を利用して水添脱硫器を適温に維持することができ、水添脱硫器の性能を低下させることなく高性能のまま維持することができる。   According to the present invention, even when the power generation amount is small, the hydrodesulfurizer can be maintained at an appropriate temperature using the air supplied from the air supply device of the fuel cell system to the combustor. High performance can be maintained without degrading performance.

本発明の実施の形態１による燃料電池システムの概略構成図1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態１による燃料電池システムの各部の空気流量と発電量との関係を説明するための特性図The characteristic view for demonstrating the relationship between the air flow rate of each part of the fuel cell system by Embodiment 1 of this invention, and electric power generation amount 本発明の実施の形態２による燃料電池システムの各部の空気流量と発電量との関係を説明するための特性図The characteristic view for demonstrating the relationship between the air flow rate of each part of the fuel cell system by Embodiment 2 of this invention, and electric power generation amount 本発明の実施の形態３による燃料電池システムの概略構成図Schematic configuration diagram of a fuel cell system according to Embodiment 3 of the present invention 本発明の実施の形態４による燃料電池システムの概略構成図Schematic configuration diagram of a fuel cell system according to Embodiment 4 of the present invention 本発明の実施の形態４による燃料電池システムの変形例の概略構成図Schematic configuration diagram of a modification of the fuel cell system according to Embodiment 4 of the present invention.

第１の発明は、燃料電池から排出される可燃成分を含むアノードオフガスと空気供給装置から燃焼空気供給経路を介して供給される空気とを用いて燃焼する燃焼器と、前記燃焼器の燃焼によって加熱されて原料流量調節器により流量調節された炭化水素系の原料を水蒸気改質して前記燃料電池の発電に使用する水素含有ガスを生成する改質器と、前記原料流量調節器と前記改質器との間の前記原料の流路に位置して前記改質器の熱の影響を受けて所定温度に加熱されるように前記改質器の近傍に配置され前記改質器で生成された水素含有ガスの一部と前記原料流量調節器からの前記原料とが供給されて原料中の硫黄分を水添脱硫方式で除去する水添脱硫器と、前記空気供給装置から前記燃焼空気供給経路に供給される空気のうちの少なくとも一部が通流するように前記燃焼空気供給経路の途中の第１分岐点から分岐し前記第１分岐点よりも下流の第１合流点で前記燃焼空気供給経路に合流する冷却空気供給経路と、前記水添脱硫器と熱交換可能に前記冷却空気供給経路の途中に設けられ前記冷却空気供給経路を通流する空気が内部を通流して前記水添脱硫器を冷却する水添脱硫冷却器と、前記冷却空気供給経路における前記水添脱硫冷却器の空気の出口部と前記第１合流点との間の空気供給経路、または前記燃焼空気供給経路における前記第１合流点と前記燃焼器の空気の入口部との間の空気供給経路のいずれか一方の空気供給経路から分岐して前記燃焼器に供給される空気流量が安定燃焼の維持に必要な空気流量を超過しないように超過分の空気を途中で排出するための排出経路と、前記燃焼空気供給経路から前記排出経路への分岐点となる第２分岐点と前記燃焼器の空気の入口部との間の前記燃焼空気供給経路を通流する空気流量を計測する燃焼空気流量計と、前記水添脱硫器の温度を検出する脱硫温度検出器と、前記第１分岐点から前記冷却空気供給経路へ分岐する空気の分岐量を調整する冷却空気量調整機構と、前記第２分岐点から前記排出経路へ分岐する空気の分岐量を調整する排出空気量調整機構とを備えた燃料電池システムであって、前記冷却空気量調整機構は、前記脱硫温度検出器により検出する前記水添脱硫器の温度が、前記水添脱硫器の上限温度に基づいて前記上限温度を超えないように設定された第１温度閾値を超える温度に上昇すると、前記第１分岐点から前記冷却空気供給経路へ分岐する空気の分岐量を増やし、前記排出空気量調整機構は、前記燃焼空気流量計により計測する空気流量が、前記原料流量調節器の原料流量または前記燃料電池の発電量のいずれかに応じた前記燃焼器の安定燃焼の維持に必要な空気流量を超過すると、超過分の空気が前記排出経路から排出されるように前記第２分岐点から前記排出経路へ分岐する空気の分岐量を増やし、前記空気供給装置は、前記燃焼空気流量計により計測する空気流量が、前記原料流量調節器の原料流量または前記燃料電池の発電量のいずれかに応じた前記燃焼器の安定燃焼の維持に必要な空気流量を下回わらないように前記燃焼空気供給経路に空気を供給するのである。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a combustor that burns using an anode off gas containing a combustible component discharged from a fuel cell and air supplied from an air supply device via a combustion air supply path, and combustion of the combustor. A reformer that generates a hydrogen-containing gas to be used for power generation of the fuel cell by steam-reforming a hydrocarbon-based raw material that has been heated and whose flow rate has been adjusted by the raw material flow rate regulator, the raw material flow rate regulator, and the modified Located in the flow path of the raw material between the reformer and disposed near the reformer so as to be heated to a predetermined temperature under the influence of the heat of the reformer and generated by the reformer A hydrodesulfurizer that supplies a part of the hydrogen-containing gas and the raw material from the raw material flow controller to remove sulfur content in the raw material by a hydrodesulfurization method, and supplies the combustion air from the air supply device At least of the air supplied to the path A cooling air supply path that branches from a first branch point in the middle of the combustion air supply path so as to flow through and joins the combustion air supply path at a first junction downstream from the first branch point; A hydrodesulfurization cooler that is provided in the middle of the cooling air supply path so as to be capable of exchanging heat with the hydrodesulfurization apparatus, and in which air flowing through the cooling air supply path flows inside to cool the hydrodesulfurization apparatus; , An air supply path between the air outlet of the hydrodesulfurization cooler in the cooling air supply path and the first confluence, or the first confluence in the combustion air supply path and the air of the combustor Excess air so that the flow rate of air supplied to the combustor by branching from any one of the air supply routes to the inlet of the engine does not exceed the air flow required for maintaining stable combustion Discharge route for discharging The flow rate of combustion air for measuring the flow rate of air flowing through the combustion air supply path between the second branch point, which is a branch point from the combustion air supply path to the discharge path, and the air inlet of the combustor A desulfurization temperature detector for detecting the temperature of the hydrodesulfurizer, a cooling air amount adjusting mechanism for adjusting a branch amount of air branched from the first branch point to the cooling air supply path, and the second A fuel cell system including a discharge air amount adjustment mechanism for adjusting a branch amount of air branched from the branch point to the discharge path, wherein the cooling air amount adjustment mechanism detects the water detected by the desulfurization temperature detector. When the temperature of the hydrodesulfurizer rises to a temperature exceeding a first temperature threshold set so as not to exceed the upper limit temperature based on the upper limit temperature of the hydrodesulfurizer, the cooling air supply from the first branch point Of air branching into the path The amount of branching is increased, and the exhaust air amount adjustment mechanism is configured such that the air flow rate measured by the combustion air flow meter is equal to either the raw material flow rate of the raw material flow rate controller or the power generation amount of the fuel cell. When the air flow rate necessary for maintaining stable combustion is exceeded, the amount of air branched from the second branch point to the discharge path is increased so that excess air is discharged from the discharge path, and the air supply device The air flow rate measured by the combustion air flow meter is lower than the air flow rate necessary for maintaining stable combustion of the combustor according to either the raw material flow rate of the raw material flow rate controller or the power generation amount of the fuel cell. Air is supplied to the combustion air supply path so as not to rotate.

上記構成において、水添脱硫器は、燃料電池システムの運転（発電）時には、原料に含まれる不飽和炭化水素や酸素が水添脱硫用の水素と反応して水添脱硫器の上限温度以上の高温に発熱する特別な場合を除いては、改質器の熱の影響を受けて所定温度（水添脱硫器の下限温度より高く上限温度より低い略適温）に加熱されるように構成されている。   In the above configuration, when the fuel cell system is operated (power generation), the hydrodesulfurizer reacts with hydrogen for hydrodesulfurization so that unsaturated hydrocarbons and oxygen contained in the raw material exceed the upper limit temperature of the hydrodesulfurizer. Except in special cases where heat is generated at a high temperature, it is configured to be heated to a predetermined temperature (substantially appropriate temperature that is higher than the lower limit temperature of the hydrodesulfurizer and lower than the upper limit temperature) under the influence of the heat of the reformer. Yes.

また、空気供給装置は、燃焼空気流量計により計測する空気流量が、原料流量調節器の原料流量または燃料電池の発電量のいずれかに応じた燃焼器の安定燃焼の維持に必要な空気流量を下回わらないように燃焼空気供給経路に空気を供給する。   In addition, the air supply device is configured such that the air flow rate measured by the combustion air flow meter is an air flow rate necessary for maintaining stable combustion of the combustor according to either the raw material flow rate of the raw material flow rate controller or the power generation amount of the fuel cell. Air is supplied to the combustion air supply path so as not to fall below.

ところで、この種の一般の燃料電池システムでは、燃焼器（バーナー）の燃焼特性を安定化させるため、燃焼器（バーナー）で燃焼させる燃料と燃焼空気の比である燃焼空気比（実際に供給した空気量Ａと理論空気量（可燃性ガスを完全に燃焼させるために必要最低な空気量）Ａｏとの比Ａ／Ａｏ）がおよそ一定となるように、燃焼器（バーナー）に供給する燃焼空気量を調節している。   By the way, in this type of general fuel cell system, in order to stabilize the combustion characteristics of the combustor (burner), the combustion air ratio (actually supplied) is the ratio of the fuel combusted by the combustor (burner) to the combustion air. Combustion air supplied to the combustor (burner) so that the ratio A / Ao) between the air amount A and the theoretical air amount (the minimum air amount Ao required for complete combustion of the combustible gas) Ao) The amount is adjusted.

また、燃料電池が消費する水素量は、同じ燃料電池を用いた場合、発電する電力に応じた量となる。ただし、燃料電池はフラッディングなどの問題のため、供給された水素を全て発電に消費することはできない。そこで、水素生成装置は、燃料電池に供給される水素量のうち発電に使用される水素量の割合、すなわち水素利用率がおよそ一定となるように制御器で制御して運転される。   Further, the amount of hydrogen consumed by the fuel cell is an amount corresponding to the electric power to be generated when the same fuel cell is used. However, fuel cells cannot consume all of the supplied hydrogen for power generation due to problems such as flooding. Therefore, the hydrogen generator is operated by controlling with a controller so that the proportion of the amount of hydrogen used for power generation out of the amount of hydrogen supplied to the fuel cell, that is, the hydrogen utilization rate, is approximately constant.

また、燃料電池から排出されるアノードオフガスは、燃料電池に供給されたが発電に使用されなかった未利用の水素を主成分としている。   The anode off-gas discharged from the fuel cell is mainly composed of unused hydrogen that has been supplied to the fuel cell but not used for power generation.

したがって、原料流量調節器の原料流量と、燃料電池の発電量と、燃焼器（バーナー）に供給する燃焼空気量とは、互いに相関関係にある。   Therefore, the raw material flow rate of the raw material flow rate controller, the power generation amount of the fuel cell, and the amount of combustion air supplied to the combustor (burner) are in correlation with each other.

もし、原料に含まれる不飽和炭化水素や酸素が水添脱硫用の水素と反応して発熱した影響や環境温度の変化や改質器の触媒性能の経時的劣化等の外乱や経時的な変化により、脱硫温度検出器により検出する水添脱硫器の温度が、水添脱硫器の上限温度に基づいて上限温度を超えないように設定された第１温度閾値を超える温度に上昇すると、冷却空気量調整機構は、第１分岐点から冷却空気供給経路へ分岐する空気の分岐量を増やすのである。   If the unsaturated hydrocarbon or oxygen contained in the raw material reacts with hydrogen for hydrodesulfurization, it generates heat, changes in environmental temperature, disturbances such as deterioration of reformer catalyst performance over time, and changes over time When the temperature of the hydrodesulfurizer detected by the desulfurization temperature detector rises to a temperature exceeding the first temperature threshold set so as not to exceed the upper limit temperature based on the upper limit temperature of the hydrodesulfurizer, the cooling air The amount adjusting mechanism increases the amount of air branched from the first branch point to the cooling air supply path.

第１分岐点から冷却空気供給経路へ分岐する空気の分岐量が増えると、水添脱硫冷却器の内部を流れる空気の流量が増えることにより、水添脱硫冷却器の内部を流れる空気と水添脱硫器との熱交換量が増えて、水添脱硫冷却器が水添脱硫器を冷却する能力が高まり、水添脱硫器の温度上昇が抑えられるので、冷却空気量調整機構により増量する冷却空気供給経路の空気流量を適切に設定すれば、水添脱硫器の温度が上限温度を超えることを防ぐことができる。   As the amount of air branching from the first branch point to the cooling air supply path increases, the flow rate of air flowing through the hydrodesulfurization cooler increases, so that the air flowing through the hydrodesulfurization cooler and hydrogenation flow. Since the amount of heat exchange with the desulfurizer increases, the hydrodesulfurization cooler increases the ability to cool the hydrodesulfurizer, and the temperature rise of the hydrodesulfurizer is suppressed, so the cooling air increased by the cooling air amount adjustment mechanism If the air flow rate in the supply path is set appropriately, the temperature of the hydrodesulfurizer can be prevented from exceeding the upper limit temperature.

また、もし、燃焼空気流量計により計測する空気流量が原料流量調節器の原料流量または燃料電池の発電量のいずれかに応じた燃焼器の安定燃焼の維持に必要な空気流量を下回わらないように空気供給装置が燃焼空気供給経路に空気を供給することや、冷却空気量調整機構が第１分岐点から冷却空気供給経路へ分岐する空気の分岐量を増やしたことや、燃料電池の発電量が比較的小さくなったことの少なくともいずれか一つが原因で、燃焼空気流量計により計測する燃焼器に供給される空気流量が、原料流量調節器の原料流量または燃料電池の発電量のいずれかに応じた燃焼器の安定燃焼の維持に必要な空気流量を超過すると、排出空気量調整機構が、超過分の空気を燃焼空気供給経路の途中から分岐した排出経路から排出するので、燃焼器の燃焼を安定させることができる。   Also, if the air flow rate measured by the combustion air flow meter does not fall below the air flow rate necessary to maintain stable combustion in the combustor according to either the raw material flow rate of the raw material flow rate controller or the power generation amount of the fuel cell As described above, the air supply device supplies air to the combustion air supply path, the cooling air amount adjustment mechanism increases the amount of air branching from the first branch point to the cooling air supply path, The air flow rate supplied to the combustor measured by the combustion air flow meter is either the raw material flow rate of the raw material flow rate controller or the power generation amount of the fuel cell due to at least one of the fact that the amount has become relatively small. When the air flow rate necessary for maintaining stable combustion of the combustor according to the air flow exceeds the exhaust air amount adjustment mechanism, the excess air is discharged from the discharge path branched from the middle of the combustion air supply path. The combustion can be stabilized.

したがって、水添脱硫器の温度が上限温度を超えないように水添脱硫器を冷却するための水添脱硫冷却器に流す空気流量が、燃焼器に供給する空気流量を上限とするように制限されないので、発電量が小さい場合でも、燃料電池システムの空気供給装置から燃焼器に供給される空気を利用して水添脱硫器を適温に維持することができ、水添脱硫器の性能を低下させることなく高性能のまま維持することができる。   Therefore, the flow rate of air flowing to the hydrodesulfurization cooler for cooling the hydrodesulfurizer is limited so that the air flow rate supplied to the combustor is the upper limit so that the temperature of the hydrodesulfurizer does not exceed the upper limit temperature. Therefore, even when the amount of power generation is small, the hydrodesulfurizer can be maintained at an appropriate temperature by using the air supplied from the air supply device of the fuel cell system to the combustor, and the performance of the hydrodesulfurizer is reduced. High performance can be maintained without causing

なお、第１の発明は、制御器が、前記冷却空気量調整機構と前記排出空気量調整機構と前記空気供給装置を制御するように構成することができる。その場合は、以下のようになる。   The first invention can be configured such that the controller controls the cooling air amount adjusting mechanism, the exhaust air amount adjusting mechanism, and the air supply device. In that case, it is as follows.

前記脱硫温度検出器により検出する前記水添脱硫器の温度が、前記水添脱硫器の上限温度に基づいて前記上限温度を超えないように設定された第１温度閾値を超える温度に上昇すると、前記制御器の制御によって、前記冷却空気量調整機構が、前記第１分岐点から前記冷却空気供給経路へ分岐する空気の分岐量を増やす。   When the temperature of the hydrodesulfurizer detected by the desulfurization temperature detector rises to a temperature exceeding a first temperature threshold set so as not to exceed the upper limit temperature based on the upper limit temperature of the hydrodesulfurizer, Under the control of the controller, the cooling air amount adjusting mechanism increases the amount of air branched from the first branch point to the cooling air supply path.

また、前記燃焼空気流量計により計測する空気流量が、前記原料流量調節器の原料流量または前記燃料電池の発電量のいずれかに応じた前記燃焼器の安定燃焼の維持に必要な空気流量を超過すると、前記制御器の制御によって、前記排出空気量調整機構が、超過分の空気が前記排出経路から排出されるように前記第２分岐点から前記排出経路へ分岐する空気の分岐量を増やす。   Further, the air flow rate measured by the combustion air flow meter exceeds the air flow rate necessary for maintaining stable combustion of the combustor according to either the raw material flow rate of the raw material flow rate controller or the power generation amount of the fuel cell. Then, under the control of the controller, the exhaust air amount adjustment mechanism increases the amount of air that branches from the second branch point to the discharge path so that excess air is discharged from the discharge path.

また、前記燃焼空気流量計により計測する空気流量が、前記原料流量調節器の原料流量または前記燃料電池の発電量のいずれかに応じた前記燃焼器の安定燃焼の維持に必要な空気流量を下回わらないように、前記制御器の制御によって、前記空気供給装置が、前記燃焼空気供給経路に空気を供給する。   In addition, the air flow rate measured by the combustion air flow meter is lower than the air flow rate necessary for maintaining stable combustion of the combustor according to either the raw material flow rate of the raw material flow rate controller or the power generation amount of the fuel cell. The air supply device supplies air to the combustion air supply path by the control of the controller so as not to rotate.

第２の発明は、第１の発明における前記冷却空気量調整機構が、前記冷却空気供給経路の途中に設けられて空気の流路を開閉するものであり、冷却空気供給経路の途中に設ける開閉制御可能な開閉弁（例えば、電磁弁、弁の開度調節が可能な開閉弁）を冷却空気量調整機構として用いることができる。   In the second invention, the cooling air amount adjusting mechanism in the first invention is provided in the middle of the cooling air supply path to open and close the air flow path, and is provided in the middle of the cooling air supply path. A controllable on-off valve (for example, an electromagnetic valve or an on-off valve capable of adjusting the opening of the valve) can be used as the cooling air amount adjusting mechanism.

ここで、開閉弁は、水添脱硫器の温度が第１温度閾値以下の場合には冷却空気供給経路（水添脱硫冷却器）に空気が流れないようにするのであれば、全閉した状態と開いた状態の２つの状態を有するものを用いる。   Here, when the temperature of the hydrodesulfurizer is equal to or lower than the first temperature threshold, the on-off valve is in a fully closed state so that air does not flow into the cooling air supply path (hydrodesulfurization cooler). And those having two states of open state.

また、開閉弁は、平常時でも水添脱硫冷却器によって水添脱硫器を冷却するために、水添脱硫器の温度が第１温度閾値以下の場合でも冷却空気供給経路（水添脱硫冷却器）に空気が流れるようにするのであれば、微開した状態と充分に開いた状態の２つの状態を有するものを用いる。   The on-off valve also cools the hydrodesulfurizer with the hydrodesulfurization cooler even in normal times, so that the cooling air supply path (hydrodesulfurization cooler) is used even when the temperature of the hydrodesulfurizer is lower than the first temperature threshold. If the air is allowed to flow in (2), the one having two states of a finely opened state and a fully opened state is used.

また、弁の開度調節が可能な開閉弁を用いる場合は、水添脱硫器の温度に応じて、冷却空気供給経路（水添脱硫冷却器）を流れる空気流量を多段階に変えるように構成することも、弁を開いてから所定時間経過しても水添脱硫器の温度が充分に下がらない場合に弁をさらに開くように構成することもできる。   In addition, when using an on-off valve that can adjust the opening of the valve, the flow rate of air flowing through the cooling air supply path (hydrodesulfurization cooler) is changed in multiple stages according to the temperature of the hydrodesulfurization unit. Alternatively, the valve can be further opened when the temperature of the hydrodesulfurizer does not drop sufficiently even after a predetermined time has passed since the valve was opened.

第３の発明は、第２の発明において、前記燃焼空気供給経路における前記第１分岐点と前記第１合流点との間に流路抵抗を調節可能な流路抵抗体を備え、前記流路抵抗体は、前記冷却空気量調整機構が前記第１分岐点から前記冷却空気供給経路へ分岐する空気の分岐量を増やす時に、前記燃焼空気供給経路における前記第１分岐点と前記第１合流点との間の空気流量が前記冷却空気供給経路での空気流量の増量分だけ減るように前記燃焼空気供給経路における前記第１分岐点と前記第１合流点との間の流路抵抗を大きくするものであり、前記冷却空気量調整機構が前記第１分岐点から前記冷却空気供給経路へ分岐する空気の分岐量を減らす時に、前記燃焼空気供給経路における前記第１分岐点と前記第１合流点との間の空気流量が前記冷却空気供給経路での空気流量の減量分だけ増えるように前記燃焼空気供給経路における前記第１分岐点と前記第１合流点との間の流路抵抗を小さくするものである。   According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the flow path resistor includes a flow path resistor capable of adjusting a flow path resistance between the first branch point and the first merge point in the combustion air supply path. When the cooling air amount adjusting mechanism increases the amount of air branched from the first branch point to the cooling air supply path, the resistor has the first branch point and the first junction point in the combustion air supply path. The flow resistance between the first branch point and the first junction point in the combustion air supply path is increased so that the air flow rate between the first and second merging points decreases in the cooling air supply path. When the cooling air amount adjusting mechanism reduces the amount of air branching from the first branch point to the cooling air supply path, the first branch point and the first junction point in the combustion air supply path The air flow rate between It is intended to reduce the flow resistance between the first branching point in the combustion air supply path as increased by decrease amount of the air flow rate and the first junction of the feed path.

上記構成では、冷却空気供給経路の途中に設けられて空気の流路を開閉する冷却空気量調整機構により冷却空気供給経路へ分岐する空気の分岐量を増減させても、第１合流点で合流後の燃焼空気供給経路の空気流量が変動しないので、冷却空気量調整機構の動作が、燃焼器に供給される空気流量、排出空気量調整機構の動作、空気供給装置の動作に影響を与えないので、制御器が、冷却空気量調整機構と流路抵抗体と排出空気量調整機構と空気供給装置を制御する場合は、制御器の制御を簡単にすることができる。   In the above configuration, even if the amount of air branched into the cooling air supply path is increased or decreased by the cooling air amount adjusting mechanism that is provided in the middle of the cooling air supply path and opens and closes the air flow path, it merges at the first junction. Since the air flow rate in the subsequent combustion air supply path does not fluctuate, the operation of the cooling air amount adjustment mechanism does not affect the air flow rate supplied to the combustor, the operation of the exhaust air amount adjustment mechanism, and the operation of the air supply device. Therefore, when the controller controls the cooling air amount adjusting mechanism, the flow path resistor, the discharged air amount adjusting mechanism, and the air supply device, the control of the controller can be simplified.

第４の発明は、第３の発明において、前記燃料電池が所定発電量より小さい発電量で発電しているのみ前記排出経路から空気を排出するように、前記燃料電池が所定発電量より小さい発電量で発電している場合は、前記空気供給装置が前記燃焼空気供給経路に前記燃料電池の発電量に関係なく所定発電量での前記燃焼器の安定燃焼の維持に必要な空気流量と略同量の一定の空気流量で空気を供給するものであり、制御器が、冷却空気量調整機構と流路抵抗体と排出空気量調整機構と空気供給装置を制御する場合は、第３の発明よりも制御器の制御を簡単にすることができる。   According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the invention, the fuel cell generates power less than the predetermined power generation amount so that air is discharged from the discharge path only when the fuel cell generates power with a power generation amount smaller than the predetermined power generation amount. In the case where the amount of power is generated, the air supply device has approximately the same air flow rate required for maintaining stable combustion of the combustor at a predetermined power generation amount regardless of the power generation amount of the fuel cell in the combustion air supply path. In the case where the air is supplied at a constant air flow rate, and the controller controls the cooling air amount adjusting mechanism, the flow path resistor, the exhaust air amount adjusting mechanism, and the air supply device, from the third invention Can also simplify the control of the controller.

第５の発明は、第３の発明において、前記空気供給装置が前記燃焼空気供給経路に空気を供給する時は、前記燃料電池の発電量に関係なく常に前記排出経路から空気を排出するように、前記空気供給装置が前記燃焼空気供給経路に前記燃料電池の発電量に関係なく最大発電時での前記燃焼器の安定燃焼の維持に必要な空気流量を超える一定の空気流量で空気を供給するものであり、制御器が、冷却空気量調整機構と流路抵抗体と排出空気量調整機構と空気供給装置を制御する場合は、第４の発明よりも制御器の制御を簡単にすることができ、空気供給装置に空気供給能力が固定のものを用いることができる。   In a fifth aspect based on the third aspect, when the air supply device supplies air to the combustion air supply path, the air is always discharged from the discharge path regardless of the power generation amount of the fuel cell. The air supply device supplies air to the combustion air supply path at a constant air flow rate exceeding the air flow rate necessary for maintaining stable combustion of the combustor at the time of maximum power generation regardless of the power generation amount of the fuel cell. When the controller controls the cooling air amount adjusting mechanism, the flow path resistor, the discharged air amount adjusting mechanism, and the air supply device, the control of the controller can be made simpler than the fourth invention. The air supply device having a fixed air supply capability can be used.

第６の発明は、第１または第２の発明において、前記燃焼器からの燃焼排ガスを排出する燃焼排ガス経路と、前記燃焼排ガス経路に配置され、前記燃焼排ガスの熱を回収する熱回収熱交換器と、をさらに備え、前記排出経路は、前記冷却空気供給経路における前記水添脱硫冷却器の空気の出口部と前記第１合流点との間の前記第２分岐点で前記冷却空気供給経路から分岐して、前記燃焼排ガス経路における前記熱回収熱交換器よりも前記燃焼排ガスの上流の第２合流点に合流するよう構成され、前記排出空気量調整機構は、前記冷却空気量調整機構が前記第１分岐点から前記冷却空気供給経路へ分岐する空気の分岐量を増やす時に、前記第２分岐点から前記排出経路へ分岐する空気の分岐量を増やし、前記空気供給装置は、前記冷却空気量調整機構が前記第１分岐点から前記冷却空気供給経路へ分岐する空気の分岐量を増やす時に、前記燃焼空気供給経路に供給する空気の空気流量を増やすのである。   According to a sixth invention, in the first or second invention, a combustion exhaust gas path for discharging the combustion exhaust gas from the combustor, and a heat recovery heat exchange disposed in the combustion exhaust gas path for recovering heat of the combustion exhaust gas The cooling air supply path at the second branch point between the air outlet of the hydrodesulfurization cooler and the first junction in the cooling air supply path. And the exhaust air amount adjusting mechanism is configured such that the cooling air amount adjusting mechanism is the same as the cooling air amount adjusting mechanism. When the amount of air branching from the first branch point to the cooling air supply path is increased, the amount of air branching from the second branch point to the discharge path is increased, and the air supply device Volume Mechanism when the increase branching amount of air branches to the cooling air supply path from the first branching point, is to increase the air flow rate of air supplied to the combustion air supply path.

これにより、水添脱硫冷却器を通過した空気を排出経路を経由して燃焼排ガス経路に合流させて、燃焼排ガスの熱を回収するための熱回収熱交換器で、排出経路から排出される空気の熱を回収できるため、水添脱硫冷却器で暖められた空気の熱を効率よく回収することができる。   As a result, the air that has passed through the hydrodesulfurization cooler joins the combustion exhaust gas path via the exhaust path, and the air discharged from the exhaust path is a heat recovery heat exchanger for recovering the heat of the combustion exhaust gas. Therefore, the heat of the air heated by the hydrodesulfurization cooler can be efficiently recovered.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

（実施の形態１）
以下、本発明に係る燃料電池システムの実施の形態１について、図１と図２を用いて説明する。 (Embodiment 1)
Hereinafter, Embodiment 1 of the fuel cell system according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムの水素生成装置とその周辺部を示す概略構成図である。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a hydrogen generator of a fuel cell system and its peripheral part in Embodiment 1 of the present invention.

図１において、都市ガスなどの炭化水素系の原料は、原料流量調節器２により流量制御された後で、後述する改質反応部６（改質器）で生成されて燃料電池８へ供給される水素を主成分とする改質ガスの一部と混合されて、２００℃から３００℃の温度範囲に加熱される円筒形状の水添脱硫器３へ供給される。   In FIG. 1, a hydrocarbon-based raw material such as city gas is flow-controlled by a raw material flow controller 2, then generated in a reforming reaction unit 6 (reformer) described later, and supplied to a fuel cell 8. Then, it is mixed with a part of the reformed gas mainly composed of hydrogen and supplied to a cylindrical hydrodesulfurizer 3 heated to a temperature range of 200 ° C. to 300 ° C.

水添脱硫器３内には銅と亜鉛の酸化物からなる水添脱硫触媒が充填されており、原料中に含まれる硫黄分は、この触媒上で水素と反応して硫化水素に変換された後に吸着剤に取
り込まれる。 The hydrodesulfurizer 3 is filled with a hydrodesulfurization catalyst comprising copper and zinc oxides, and the sulfur content contained in the raw material is converted to hydrogen sulfide by reacting with hydrogen on this catalyst. It is later taken into the adsorbent.

水添脱硫器３で脱硫された原料は、配管４を通って水供給器５から供給される水と混合されて、後述の燃焼ガス流路１１を流れる燃焼ガスにより加熱されるように構成された円筒形の蒸発部（図示せず）に送られる。原料と共に蒸発部に送られた水は、蒸発部で加熱されて水蒸気となり、原料と水蒸気との混合ガスは、ルテニウム触媒を充填した改質反応部６（改質器）に送られる。   The raw material desulfurized by the hydrodesulfurizer 3 is mixed with the water supplied from the water supply device 5 through the pipe 4 and is heated by the combustion gas flowing through the combustion gas passage 11 described later. To a cylindrical evaporation section (not shown). The water sent to the evaporation unit together with the raw material is heated in the evaporation unit to become water vapor, and the mixed gas of the raw material and water vapor is sent to the reforming reaction unit 6 (reformer) filled with the ruthenium catalyst.

水素生成装置１の中心部に配置された燃焼器としてのバーナー７は、燃料電池８から排出される可燃成分を含むアノードオフガスを燃焼用ガスとして燃焼し、高温の燃焼ガスを発生して蒸発部と改質反応部６を加熱する。このとき、燃焼に必要な空気は、空気供給装置９から燃焼空気供給経路１０を介してバーナー７へ供給される。   A burner 7 as a combustor disposed at the center of the hydrogen generator 1 burns anode off-gas containing combustible components discharged from the fuel cell 8 as combustion gas, generates high-temperature combustion gas, and evaporates And the reforming reaction section 6 is heated. At this time, air necessary for combustion is supplied from the air supply device 9 to the burner 7 via the combustion air supply path 10.

バーナー７によって生成された高温の燃焼ガスは、燃焼ガス流路１１を通り、燃焼排ガス経路１２から排出される。   The high-temperature combustion gas generated by the burner 7 passes through the combustion gas passage 11 and is discharged from the combustion exhaust gas passage 12.

改質反応部６は、この燃焼ガス流路１１を通過する燃焼ガスによって５００℃から６００℃に加熱されて水蒸気改質反応を起こし、原料と水蒸気から水素と二酸化炭素、および一酸化炭素からなる改質ガスを生成する。   The reforming reaction section 6 is heated from 500 ° C. to 600 ° C. by the combustion gas passing through the combustion gas flow path 11 to cause a steam reforming reaction, and consists of hydrogen, carbon dioxide, and carbon monoxide from the raw material and steam. Generate reformed gas.

この改質ガスは、燃料電池８の被毒物質である一酸化炭素を低減する一酸化炭素の低減部（図示せず）を通って燃料電池８へ供給される。   The reformed gas is supplied to the fuel cell 8 through a carbon monoxide reduction unit (not shown) that reduces carbon monoxide, which is a poisoning substance of the fuel cell 8.

また、水添脱硫器３は、２００℃から３００℃の所定の温度に加熱されるように、断熱材１３を介して改質反応部６の近傍に配置している。   Further, the hydrodesulfurizer 3 is disposed in the vicinity of the reforming reaction section 6 via the heat insulating material 13 so as to be heated to a predetermined temperature of 200 ° C. to 300 ° C.

水添脱硫器３には、水添脱硫器３と熱交換可能な位置に水添脱硫冷却器１４を設けている。この水添脱硫冷却器１４は、燃焼空気供給経路１０の途中の第１分岐点Ａから分岐して燃焼空気供給経路１０の途中の第１合流点Ｂで合流する迂回路となるように燃焼空気供給経路１０に接続した冷却空気供給経路１５の途中に配置されて、内部を冷却媒体として空気供給装置９から供給された空気が通過するようになっている。   The hydrodesulfurizer 3 is provided with a hydrodesulfurization cooler 14 at a position where heat exchange with the hydrodesulfurizer 3 is possible. This hydrodesulfurization cooler 14 branches from the first branch point A in the middle of the combustion air supply path 10 and is combusted air so as to form a detour that merges at the first junction B in the middle of the combustion air supply path 10. Arranged in the middle of the cooling air supply path 15 connected to the supply path 10, the air supplied from the air supply device 9 passes through the inside as a cooling medium.

水素生成装置１の改質反応部６（改質器）は、円筒形状を有し、その中心軸部にバーナー７が配置され、水添脱硫器３は、改質反応部６（改質器）の外周に配置される円環状の形状を有し、水添脱硫冷却器１４は、水添脱硫器３を冷却する円環状の形状を有する。   The reforming reaction section 6 (reformer) of the hydrogen generator 1 has a cylindrical shape, a burner 7 is disposed at the central shaft portion thereof, and the hydrodesulfurizer 3 is connected to the reforming reaction section 6 (reformer). ), And the hydrodesulfurization cooler 14 has an annular shape for cooling the hydrodesulfurizer 3.

なお、冷却空気供給経路１５の流路を流れる空気量を調節するため、冷却空気供給経路１５には冷却空気量調整機構１６が配置され、また燃焼空気供給経路１０の第１分岐点Ａと第１合流点Ｂの間には流路抵抗を調節可能な流路抵抗体１７が配置されている。   In order to adjust the amount of air flowing through the flow path of the cooling air supply path 15, a cooling air amount adjusting mechanism 16 is disposed in the cooling air supply path 15, and the first branch point A and the first branch point A of the combustion air supply path 10 are arranged. Between one junction point B, a flow path resistor 17 capable of adjusting the flow path resistance is disposed.

更に、燃焼空気供給経路１０のバーナー７の直前には燃焼空気流量計１８が設けられ、バーナー７へ供給される燃焼空気量を常時測定している。   Further, a combustion air flow meter 18 is provided immediately before the burner 7 in the combustion air supply path 10 to constantly measure the amount of combustion air supplied to the burner 7.

また、燃焼空気供給経路１０には、燃焼空気流量計１８と第１合流点Ｂの間の第２分岐点Ｃから分岐して燃焼空気供給経路１０内を流通する空気の一部を排出するための排出経路１９が接続されており、この排出経路１９には、第２分岐点Ｃから排出経路１９への空気の分岐量を調整する排出空気量調整機構２０を設けている。   In addition, in order to discharge a part of the air that flows from the second branch point C between the combustion air flow meter 18 and the first junction B to the combustion air supply path 10 and circulates in the combustion air supply path 10. The discharge path 19 is connected, and the discharge path 19 is provided with a discharge air amount adjusting mechanism 20 that adjusts the amount of air branched from the second branch point C to the discharge path 19.

また、水添脱硫器３には、水添脱硫器３の温度を測定する手段として、水添脱硫器３に挿入した熱電対を用いた脱硫温度検出器２１が設置される。   Further, the hydrodesulfurizer 3 is provided with a desulfurization temperature detector 21 using a thermocouple inserted into the hydrodesulfurizer 3 as means for measuring the temperature of the hydrodesulfurizer 3.

また、燃料電池８の発電量と脱硫温度検出器２１の温度と燃焼空気流量計１８の燃焼空気流量とに基づいて、空気供給装置９と冷却空気量調整機構１６と排出空気量調整機構２０と流路抵抗体１７を制御する制御器２２を設けている。   Further, based on the power generation amount of the fuel cell 8, the temperature of the desulfurization temperature detector 21, and the combustion air flow rate of the combustion air flow meter 18, the air supply device 9, the cooling air amount adjustment mechanism 16, the exhaust air amount adjustment mechanism 20, A controller 22 for controlling the flow path resistor 17 is provided.

これらの動作を簡単に説明する。水添脱硫器３の温度は脱硫触媒の上限温度である３００℃以下になるように制御する必要がある。そこで本実施の形態では、高温側制御温度を２９０℃としている。   These operations will be briefly described. It is necessary to control the temperature of the hydrodesulfurizer 3 to be 300 ° C. or less, which is the upper limit temperature of the desulfurization catalyst. Therefore, in this embodiment, the high temperature side control temperature is set to 290 ° C.

脱硫温度検出器２１で測定される温度が２９０℃以下の場合、冷却空気量調整機構１６は閉とし、水添脱硫冷却器１４には空気供給装置９からの空気は流さない。この場合、水添脱硫器３は水添脱硫冷却器１４により冷却されていない状態である。   When the temperature measured by the desulfurization temperature detector 21 is 290 ° C. or less, the cooling air amount adjusting mechanism 16 is closed, and the air from the air supply device 9 is not allowed to flow through the hydrodesulfurization cooler 14. In this case, the hydrodesulfurizer 3 is not cooled by the hydrodesulfurization cooler 14.

そして脱硫温度検出器２１で測定される温度が２９０℃を超えると、制御器２２は、通常は閉鎖している冷却空気量調整機構１６を開放する。冷却空気量調整機構１６が開くことにより、冷却空気供給経路１５を介して空気供給装置９からの空気の一部が水添脱硫冷却器１４へ送られて、水添脱硫冷却器１４が水添脱硫器３を冷却する。その後、脱硫温度検出器２１の温度が２９０℃よりも低い温度（例えば２７０℃）まで下がると、冷却空気量調整機構１６を閉とする。   When the temperature measured by the desulfurization temperature detector 21 exceeds 290 ° C., the controller 22 opens the cooling air amount adjusting mechanism 16 that is normally closed. When the cooling air amount adjusting mechanism 16 is opened, part of the air from the air supply device 9 is sent to the hydrodesulfurization cooler 14 via the cooling air supply path 15, and the hydrodesulfurization cooler 14 is hydrogenated. The desulfurizer 3 is cooled. Thereafter, when the temperature of the desulfurization temperature detector 21 is lowered to a temperature lower than 290 ° C. (for example, 270 ° C.), the cooling air amount adjusting mechanism 16 is closed.

このように、水添脱硫冷却器１４に供給する空気量を調節することにより、水添脱硫器３の過昇温を抑えて上限温度（３００℃）以下となるように制御している。   In this way, by controlling the amount of air supplied to the hydrodesulfurization cooler 14, the excessive temperature rise of the hydrodesulfurization unit 3 is suppressed and controlled to be equal to or lower than the upper limit temperature (300 ° C.).

なお、空気供給装置９の空気の供給量と流路抵抗体１７の流路抵抗が一定であれば、冷却空気量調整機構１６の開閉によって空気供給装置９からバーナー７までの流路抵抗が変化するので、冷却空気量調整機構１６の開閉によってバーナー７へ供給する空気量が変化してしまうが、本実施の形態では、冷却空気量調整機構１６の開放前後において、バーナー７の燃焼を安定に維持するために、冷却空気量調整機構１６を開閉動作させてもバーナー７へ供給する燃焼用の空気量が変化しないように、制御器２２が冷却空気量調整機構１６を開閉動作と連動させて流路抵抗体１７の流路抵抗を制御している。   If the air supply amount of the air supply device 9 and the flow passage resistance of the flow passage resistor 17 are constant, the flow passage resistance from the air supply device 9 to the burner 7 is changed by opening and closing the cooling air amount adjusting mechanism 16. Therefore, the amount of air supplied to the burner 7 changes due to the opening and closing of the cooling air amount adjusting mechanism 16, but in this embodiment, the combustion of the burner 7 is stabilized before and after the cooling air amount adjusting mechanism 16 is opened. In order to maintain the controller, the controller 22 links the cooling air amount adjusting mechanism 16 with the opening / closing operation so that the amount of combustion air supplied to the burner 7 does not change even when the cooling air amount adjusting mechanism 16 is opened / closed. The flow path resistance of the flow path resistor 17 is controlled.

このように構成された本実施の形態の燃料電池システムの動作を、図２を参照しながら説明する。   The operation of the fuel cell system of the present embodiment configured as described above will be described with reference to FIG.

図２は、燃料電池８の発電量と、バーナー７へ供給する燃焼空気量（太線）、水添脱硫冷却器１４に供給する冷却空気の必要量（細線）、およびそれらを合わせた全空気量（破線）との関係を示したものである。   FIG. 2 shows the power generation amount of the fuel cell 8, the amount of combustion air supplied to the burner 7 (thick line), the required amount of cooling air supplied to the hydrodesulfurization cooler 14 (thin line), and the total amount of air combining them. The relationship with (broken line) is shown.

ここで、図を見やすくするために、破線で示した全空気量は少し上にずらして描いている。また、αは最小発電量、βは最大発電量を示している。   Here, in order to make the drawing easy to see, the total air amount shown by the broken line is drawn slightly shifted upward. Α represents the minimum power generation amount, and β represents the maximum power generation amount.

一例であるが、太線で示した燃焼空気量は最小発電量で約５Ｌ／ｍｉｎ、最大発電量で約２０Ｌ／ｍｉｎである。一方、水添脱硫器３の冷却のために水添脱硫冷却器１４へ供給する細線で示した冷却空気の必要量は、発電量によらず約８Ｌ／ｍｉｎである。   As an example, the amount of combustion air indicated by a thick line is about 5 L / min for the minimum power generation amount and about 20 L / min for the maximum power generation amount. On the other hand, the required amount of cooling air indicated by a thin line supplied to the hydrodesulfurization cooler 14 for cooling the hydrodesulfurizer 3 is about 8 L / min regardless of the amount of power generation.

そのため、太線の燃焼空気量と細線の冷却空気必要量は図示したように交差する。この交差する発電量をγで示している。   Therefore, the amount of combustion air shown by the thick line and the required amount of cooling air shown by the thin line intersect as shown in the figure. This intersecting power generation amount is indicated by γ.

発電量がγからβの間では、冷却空気必要量よりも燃焼空気量の方が多いので、前述したように冷却空気量調整機構１６を開閉することにより水添脱硫冷却器１４に供給する空
気量をまかなうことができる。 When the power generation amount is between γ and β, the amount of combustion air is larger than the required amount of cooling air. Therefore, the air supplied to the hydrodesulfurization cooler 14 by opening and closing the cooling air amount adjusting mechanism 16 as described above. Can cover the amount.

前述の動作の場合、γの発電量では、流路抵抗体１７は流路を閉塞した状態である。しかし、発電量がαからγの間では、冷却空気必要量の方が燃焼空気量よりも多いので、バーナー７へ供給する空気量は過剰になってしまう。   In the case of the above-described operation, the flow path resistor 17 is in a state of closing the flow path at the power generation amount of γ. However, when the power generation amount is between α and γ, the required amount of cooling air is larger than the amount of combustion air, so the amount of air supplied to the burner 7 becomes excessive.

そこで本実施の形態１の燃料電池システムでは、この過剰な空気を排出経路１９から排気する構成としている。   Therefore, the fuel cell system according to Embodiment 1 is configured to exhaust this excess air from the discharge path 19.

排気する空気量は、燃焼空気流量計１８を流れる空気量が発電量に対して所定の空気量となるように排出空気量調整機構２０の開度を制御している。なお、排気する空気量は低発電量ほど多い。   The amount of air to be exhausted controls the opening degree of the exhaust air amount adjusting mechanism 20 so that the amount of air flowing through the combustion air flow meter 18 becomes a predetermined amount of air with respect to the power generation amount. The amount of air to be exhausted is larger as the amount of power generated is lower.

なお、本実施の形態１では、冷却空気量調整機構１６は開閉動作するものとして説明したが、水添脱硫器３の温度をより精密に調節するために、冷却空気量調整機構１６を開閉するのではなく、その開度を段階的あるいは連続的に調節して水添脱硫冷却器１４へ導入される空気の流量を精密に調節しても良い。   In the first embodiment, the cooling air amount adjusting mechanism 16 is described as opening and closing. However, in order to adjust the temperature of the hydrodesulfurizer 3 more precisely, the cooling air amount adjusting mechanism 16 is opened and closed. Instead, the flow rate of air introduced into the hydrodesulfurization cooler 14 may be precisely adjusted by adjusting the opening degree stepwise or continuously.

また、γの発電量は水添脱硫器３の加熱量や水添脱硫冷却器１４の冷却性能など水素生成装置固有の特性により決まるものであり、最大発電量より小さく、最小発電量以上の任意の発電量であれば良い。   Further, the power generation amount of γ is determined by characteristics unique to the hydrogen generator such as the heating amount of the hydrodesulfurizer 3 and the cooling performance of the hydrodesulfurization cooler 14, and is smaller than the maximum power generation amount and arbitrarily larger than the minimum power generation amount. The amount of power generation is sufficient.

なお、本実施の形態１では、第２分岐点Ｃを燃焼空気流量計１８と第１合流点Ｂの間に設けたが、水添脱硫冷却器１４と第１合流点Ｂの間に設けても良い。   In the first embodiment, the second branch point C is provided between the combustion air flow meter 18 and the first junction B. However, the second branch point C is provided between the hydrodesulfurization cooler 14 and the first junction B. Also good.

さらに、本実施の形態１では、水添脱硫器３の温度を測定する脱硫温度検出器２１として、水添脱硫器３内へ直接挿入した熱電対を用いた。しかし脱硫温度検出器２１は水添脱硫器３の温度を測定し得るものであれば熱電対に限定するものではなく、更に水添脱硫器３に挿入して設置することを限定するものでもない。   Further, in the first embodiment, a thermocouple directly inserted into the hydrodesulfurizer 3 is used as the desulfurization temperature detector 21 for measuring the temperature of the hydrodesulfurizer 3. However, the desulfurization temperature detector 21 is not limited to a thermocouple as long as it can measure the temperature of the hydrodesulfurizer 3, and is not limited to being inserted into the hydrodesulfurizer 3. .

具体的に説明すると、水添脱硫器３は改質反応部６によって加熱されるように配置しているので、水添脱硫器３の温度は当然、改質反応部６の温度と相関がある。また、改質反応部６の温度に限らず、図１には省略しているが、一酸化炭素を低減する一酸化炭素の低減部の温度とも相関がある。しかもこれらの箇所の温度は水素生成装置１の運転制御に重要な値であるので、各々の温度は熱電対を設置して測定している。   More specifically, since the hydrodesulfurizer 3 is arranged to be heated by the reforming reaction unit 6, the temperature of the hydrodesulfurization unit 3 naturally has a correlation with the temperature of the reforming reaction unit 6. . Further, the temperature is not limited to the temperature of the reforming reaction unit 6 and is omitted in FIG. 1, but there is a correlation with the temperature of the carbon monoxide reduction unit that reduces carbon monoxide. And since the temperature of these locations is an important value for operation control of the hydrogen generator 1, each temperature is measured by installing a thermocouple.

そこで、水添脱硫器３の温度を直接測定しなくても、改質反応部６や一酸化炭素低減部との温度の相関から水添脱硫器３の温度を求めても良い。   Therefore, instead of directly measuring the temperature of the hydrodesulfurizer 3, the temperature of the hydrodesulfurizer 3 may be obtained from the correlation with the temperature of the reforming reaction unit 6 and the carbon monoxide reducing unit.

なお、水添脱硫器３は改質反応部６の熱によって加熱されると記したが、厳密には一酸化炭素の低減部など、水素生成装置１全体の熱によって加熱され、温度が維持されているものである。   Although it has been described that the hydrodesulfurizer 3 is heated by the heat of the reforming reaction section 6, strictly speaking, it is heated by the heat of the entire hydrogen generator 1 such as a carbon monoxide reduction section to maintain the temperature. It is what.

また、本実施の形態では、バーナー７へ供給される燃焼空気量を測定するためにバーナー７の直上流に燃焼空気流量計１８を設けていたが、本発明はバーナー７へ供給される空気量を測定する手段を限定するものではない。   In the present embodiment, the combustion air flow meter 18 is provided immediately upstream of the burner 7 in order to measure the amount of combustion air supplied to the burner 7. However, the present invention is directed to the amount of air supplied to the burner 7. There is no limitation on the means for measuring.

例えば、燃焼空気流量計１８を用いず、排出経路１９に空気流量計を設置しても良い。この場合、空気供給装置９として容積型のポンプを用いてその回転数から供給空気量を求め、排出経路１９に設置した気流量計の流量値を差し引いてバーナー７へ供給される空気
量を算出しても良い。 For example, an air flow meter may be installed in the discharge path 19 without using the combustion air flow meter 18. In this case, using a positive displacement pump as the air supply device 9, the supply air amount is obtained from the rotational speed, and the flow amount value of the air flow meter installed in the discharge path 19 is subtracted to calculate the air amount supplied to the burner 7. You may do it.

本実施の形態により、発電量が変化しても常に水添脱硫器３の温度を所定の温度に保つことができるので、水添脱硫器の性能を低下させることなく高性能のまま使用することができる。   According to this embodiment, the temperature of the hydrodesulfurizer 3 can always be maintained at a predetermined temperature even if the power generation amount changes, so that the hydrodesulfurizer should be used with high performance without degrading the performance. Can do.

以上説明したように本実施の形態の燃料電池システムは、燃料電池８から排出される可燃成分を含むアノードオフガスと空気供給装置９から燃焼空気供給経路１０を介して供給される空気とを用いて燃焼するバーナー７（燃焼器）と、バーナー７の燃焼によって加熱されて原料流量調節器２により流量調節された炭化水素系の原料を水蒸気改質して燃料電池８の発電に使用する水素含有ガスを生成する改質反応部６（改質器）と、原料流量調節器２と改質反応部６との間の原料の流路に位置して改質反応部６の熱の影響を受けて所定温度（例えば、２００℃から３００℃）に加熱されるように改質反応部６の近傍に配置され改質反応部６で生成された改質ガス（水素含有ガス）の一部と原料流量調節器２からの原料とが供給されて原料中の硫黄分を水添脱硫方式で除去する水添脱硫器３と、空気供給装置９から燃焼空気供給経路１０に供給される空気のうちの少なくとも一部が通流するように燃焼空気供給経路１０の途中の第１分岐点Ａから分岐し第１分岐点Ａよりも下流の第１合流点Ｂで燃焼空気供給経路１０に合流する冷却空気供給経路１５と、水添脱硫器３と熱交換可能に冷却空気供給経路１５の途中に設けられ冷却空気供給経路１５を通流する空気が内部を通流して水添脱硫器３を冷却する水添脱硫冷却器１４と、冷却空気供給経路１５における水添脱硫冷却器１４の空気の出口部と第１合流点Ｂとの間の空気供給経路、または燃焼空気供給経路１０における第１合流点Ｂとバーナー７の空気の入口部との間の空気供給経路のいずれか一方の空気供給経路から分岐してバーナー７に供給される空気流量が安定燃焼の維持に必要な空気流量を超過しないように超過分の空気を途中で排出するための排出経路１９と、燃焼空気供給経路１０から排出経路１９への分岐点となる第２分岐点Ｃとバーナー７の空気の入口部との間の燃焼空気供給経路１０を通流する空気流量を計測する燃焼空気流量計１８と、水添脱硫器３の温度を検出する脱硫温度検出器２１と、第１分岐点Ａから冷却空気供給経路１５へ分岐する空気の分岐量を調整する冷却空気量調整機構１６と、第２分岐点Ｃから排出経路１９へ分岐する空気の分岐量を調整する排出空気量調整機構２０とを備える。   As described above, the fuel cell system according to the present embodiment uses the anode off-gas containing combustible components discharged from the fuel cell 8 and the air supplied from the air supply device 9 via the combustion air supply path 10. Combustion burner 7 (combustor) and hydrogen-containing gas used for power generation of the fuel cell 8 by steam reforming the hydrocarbon-based raw material heated by the combustion of the burner 7 and adjusted in flow rate by the raw material flow rate regulator 2 Is located in the reforming reaction section 6 (reformer) for generating the raw material flow path between the raw material flow rate controller 2 and the reforming reaction section 6 and is affected by the heat of the reforming reaction section 6 A part of the reformed gas (hydrogen-containing gas) generated in the reforming reaction section 6 disposed in the vicinity of the reforming reaction section 6 so as to be heated to a predetermined temperature (for example, 200 ° C. to 300 ° C.) and the raw material flow rate The raw material from the controller 2 is supplied and the sulfur in the raw material is supplied. In the middle of the combustion air supply path 10 so that at least a part of the hydrodesulfurizer 3 for removing the components by the hydrodesulfurization system and the air supplied from the air supply device 9 to the combustion air supply path 10 flows. The cooling air supply path 15 branches from the first branch point A and joins the combustion air supply path 10 at the first junction B downstream of the first branch point A, and the hydrodesulfurizer 3 is cooled so that heat can be exchanged. A hydrodesulfurization cooler 14 that is provided in the middle of the air supply path 15 and flows through the cooling air supply path 15 flows inside to cool the hydrodesulfurizer 3, and hydrodesulfurization in the cooling air supply path 15. An air supply path between the air outlet of the cooler 14 and the first confluence B, or an air supply path between the first confluence B in the combustion air supply path 10 and the air inlet of the burner 7. A bar branched from one of the air supply paths -Exhaust path 19 for discharging excess air halfway so that the air flow rate supplied to -7 does not exceed the air flow rate necessary for maintaining stable combustion, and from the combustion air supply path 10 to the exhaust path 19 The temperature of the combustion air flow meter 18 that measures the flow rate of air flowing through the combustion air supply path 10 between the second branch point C, which is a branch point, and the air inlet of the burner 7, and the temperature of the hydrodesulfurizer 3. A desulfurization temperature detector 21 to detect, a cooling air amount adjusting mechanism 16 for adjusting the amount of air branched from the first branch point A to the cooling air supply path 15, and a branch from the second branch point C to the discharge path 19. And an exhaust air amount adjusting mechanism 20 that adjusts the amount of air branching.

そして、冷却空気量調整機構１６は、脱硫温度検出器２１により検出する水添脱硫器３の温度が、水添脱硫器３の上限温度（例えば、３００℃）に基づいて上限温度を超えないように設定された第１温度閾値（例えば、２９０℃）を超える温度に上昇すると、第１分岐点Ａから冷却空気供給経路１５へ分岐する空気の分岐量を増やし、排出空気量調整機構２０は、燃焼空気流量計１８により計測する空気流量が、原料流量調節器２の原料流量または燃料電池８の発電量のいずれかに応じたバーナー７の安定燃焼の維持に必要な空気流量を超過すると、超過分の空気が排出経路１９から排出されるように第２分岐点Ｃから排出経路１９へ分岐する空気の分岐量を増やし、空気供給装置９は、燃焼空気流量計１８により計測する空気流量が、原料流量調節器２の原料流量または燃料電池８の発電量のいずれかに応じたバーナー７の安定燃焼の維持に必要な空気流量を下回わらないように燃焼空気供給経路１０に空気を供給するのである。   The cooling air amount adjusting mechanism 16 prevents the temperature of the hydrodesulfurizer 3 detected by the desulfurization temperature detector 21 from exceeding the upper limit temperature based on the upper limit temperature (for example, 300 ° C.) of the hydrodesulfurizer 3. When the temperature rises to a temperature exceeding a first temperature threshold (for example, 290 ° C.) set to, the amount of air branched from the first branch point A to the cooling air supply path 15 is increased. If the air flow rate measured by the combustion air flow meter 18 exceeds the air flow rate necessary for maintaining stable combustion of the burner 7 according to either the raw material flow rate of the raw material flow rate regulator 2 or the power generation amount of the fuel cell 8, it will be exceeded. The amount of air branched from the second branch point C to the discharge path 19 is increased so that the minute air is discharged from the discharge path 19, and the air supply device 9 has an air flow rate measured by the combustion air flow meter 18, material Since air is supplied to the combustion air supply path 10 so as not to fall below the air flow rate necessary for maintaining stable combustion of the burner 7 according to either the raw material flow rate of the quantity regulator 2 or the power generation amount of the fuel cell 8. is there.

本実施の形態の燃料電池システムは、この種の一般の燃料電池システムと同様に、バーナー７の燃焼特性を安定化させるため、バーナー７で燃焼させる燃料と燃焼空気の比である燃焼空気比がおよそ一定となるように、バーナー７に供給する燃焼空気量を調節している。   The fuel cell system of the present embodiment has a combustion air ratio, which is the ratio of the fuel burned by the burner 7 and the combustion air, in order to stabilize the combustion characteristics of the burner 7 as in this type of general fuel cell system. The amount of combustion air supplied to the burner 7 is adjusted so as to be approximately constant.

また、燃料電池８が消費する水素量は、同じ燃料電池８を用いた場合、発電する電力に応じた量となる。ただし、燃料電池８はフラッディングなどの問題のため、供給された水
素を全て発電に消費することはできない。そこで、水素生成装置１は、燃料電池８に供給される水素量のうち発電に使用される水素量の割合、すなわち水素利用率がおよそ一定となるように制御器２２で制御して運転される。 Further, the amount of hydrogen consumed by the fuel cell 8 is an amount corresponding to the electric power to be generated when the same fuel cell 8 is used. However, the fuel cell 8 cannot consume all the supplied hydrogen for power generation due to problems such as flooding. Therefore, the hydrogen generator 1 is operated by being controlled by the controller 22 so that the ratio of the amount of hydrogen used for power generation out of the amount of hydrogen supplied to the fuel cell 8, that is, the hydrogen utilization rate is approximately constant. .

また、燃料電池８から排出されるアノードオフガスは、燃料電池８に供給されたが発電に使用されなかった未利用の水素を主成分としている。   The anode off-gas discharged from the fuel cell 8 is mainly composed of unused hydrogen that has been supplied to the fuel cell 8 but not used for power generation.

したがって、原料流量調節器２の原料流量と、燃料電池８の発電量と、バーナー７に供給する燃焼空気量とは、互いに相関関係にある。   Therefore, the raw material flow rate of the raw material flow rate controller 2, the power generation amount of the fuel cell 8, and the amount of combustion air supplied to the burner 7 are in correlation with each other.

もし、原料に含まれる不飽和炭化水素や酸素が水添脱硫用の水素と反応して発熱した影響や環境温度の変化や改質反応部６の触媒性能の経時的劣化等の外乱や経時的な変化により、脱硫温度検出器２１により検出する水添脱硫器３の温度が、水添脱硫器３の上限温度（例えば、３００℃）に基づいて上限温度を超えないように設定された第１温度閾値（例えば、２９０℃）を超える温度に上昇すると、冷却空気量調整機構１６は、第１分岐点Ａから冷却空気供給経路１５へ分岐する空気の分岐量を増やすのである。   If the unsaturated hydrocarbon or oxygen contained in the raw material reacts with hydrogen for hydrodesulfurization, it generates heat, changes in ambient temperature, disturbances such as deterioration of catalyst performance of the reforming reaction section 6 over time, The first temperature is set so that the temperature of the hydrodesulfurizer 3 detected by the desulfurization temperature detector 21 does not exceed the upper limit temperature based on the upper limit temperature (for example, 300 ° C.) of the hydrodesulfurizer 3. When the temperature rises to a temperature exceeding a temperature threshold (for example, 290 ° C.), the cooling air amount adjusting mechanism 16 increases the amount of air branched from the first branch point A to the cooling air supply path 15.

第１分岐点Ａから冷却空気供給経路１５へ分岐する空気の分岐量が増えると、水添脱硫冷却器１４の内部を流れる空気の流量が増えることにより、水添脱硫冷却器１４の内部を流れる空気と水添脱硫器３との熱交換量が増えて、水添脱硫冷却器１４が水添脱硫器３を冷却する能力が高まり、水添脱硫器３の温度上昇が抑えられるので、冷却空気量調整機構１６により増量する冷却空気供給経路１５の空気流量を適切に設定すれば、水添脱硫器３の温度が上限温度を超えることを防ぐことができる。   When the amount of air branching from the first branch point A to the cooling air supply path 15 increases, the flow rate of air flowing through the hydrodesulfurization cooler 14 increases, thereby flowing through the hydrodesulfurization cooler 14. Since the amount of heat exchange between the air and the hydrodesulfurizer 3 increases, the ability of the hydrodesulfurization cooler 14 to cool the hydrodesulfurizer 3 increases, and the temperature rise of the hydrodesulfurizer 3 can be suppressed. If the air flow rate of the cooling air supply path 15 to be increased by the amount adjusting mechanism 16 is appropriately set, the temperature of the hydrodesulfurizer 3 can be prevented from exceeding the upper limit temperature.

また、もし、燃焼空気流量計１８により計測する空気流量が原料流量調節器２の原料流量または燃料電池８の発電量のいずれかに応じたバーナー７の安定燃焼の維持に必要な空気流量を下回わらないように空気供給装置９が燃焼空気供給経路１０に空気を供給することや、冷却空気量調整機構１６が第１分岐点Ａから冷却空気供給経路１５へ分岐する空気の分岐量を増やしたことや、燃料電池８の発電量が比較的小さくなったことの少なくともいずれか一つが原因で、燃焼空気流量計１８により計測するバーナー７に供給される空気流量が、原料流量調節器２の原料流量または燃料電池８の発電量のいずれかに応じたバーナー７の安定燃焼の維持に必要な空気流量を超過すると、排出空気量調整機構２０が、超過分の空気を燃焼空気供給経路１０の途中から分岐した排出経路１９から排出するので、バーナー７の燃焼を安定させることができる。   Also, if the air flow rate measured by the combustion air flow meter 18 is lower than the air flow rate necessary for maintaining stable combustion of the burner 7 according to either the raw material flow rate of the raw material flow rate controller 2 or the power generation amount of the fuel cell 8. The air supply device 9 supplies air to the combustion air supply path 10 so that the air does not rotate, and the amount of air branched by the cooling air amount adjusting mechanism 16 from the first branch point A to the cooling air supply path 15 is increased. The flow rate of air supplied to the burner 7 measured by the combustion air flow meter 18 is caused by the flow rate of the raw material flow controller 2 due to at least one of the fact that the amount of power generated by the fuel cell 8 is relatively small. When the air flow rate necessary for maintaining stable combustion of the burner 7 corresponding to either the raw material flow rate or the power generation amount of the fuel cell 8 is exceeded, the exhaust air amount adjustment mechanism 20 sends the excess air to the combustion air supply path. Since discharged from the discharge path 19 which is branched from the middle of 0, the combustion of the burner 7 can be stabilized.

したがって、水添脱硫器３の温度が上限温度を超えないように水添脱硫器３を冷却するための水添脱硫冷却器１４に流す空気流量が、バーナー７に供給する空気流量を上限とするように制限されないので、燃料電池８の発電量が小さい場合でも、燃料電池システムの空気供給装置９からバーナー７に供給される空気を利用して水添脱硫器３を適温に維持することができ、水添脱硫器３の性能を低下させることなく高性能のまま維持することができる。   Therefore, the air flow rate that flows through the hydrodesulfurization cooler 14 for cooling the hydrodesulfurization device 3 so that the temperature of the hydrodesulfurization device 3 does not exceed the upper limit temperature is the upper limit of the air flow rate supplied to the burner 7. Thus, even when the power generation amount of the fuel cell 8 is small, the hydrodesulfurizer 3 can be maintained at an appropriate temperature by using the air supplied to the burner 7 from the air supply device 9 of the fuel cell system. Further, the performance of the hydrodesulfurizer 3 can be maintained as it is without reducing the performance.

なお、本実施の形態では、制御器２２が、冷却空気量調整機構１６と排出空気量調整機構２０と空気供給装置９を制御する。   In the present embodiment, the controller 22 controls the cooling air amount adjusting mechanism 16, the discharged air amount adjusting mechanism 20, and the air supply device 9.

すなわち、脱硫温度検出器２１により検出する水添脱硫器３の温度が、水添脱硫器３の上限温度（例えば、３００℃）に基づいて上限温度を超えないように設定された第１温度閾値（例えば、２９０℃）を超える温度に上昇すると、制御器２２の制御によって、冷却空気量調整機構１６が、第１分岐点Ａから冷却空気供給経路１５へ分岐する空気の分岐量を増やす。   That is, the first temperature threshold value set so that the temperature of the hydrodesulfurizer 3 detected by the desulfurization temperature detector 21 does not exceed the upper limit temperature based on the upper limit temperature (for example, 300 ° C.) of the hydrodesulfurizer 3. When the temperature rises above (for example, 290 ° C.), the cooling air amount adjusting mechanism 16 increases the amount of air branched from the first branch point A to the cooling air supply path 15 by the control of the controller 22.

また、燃焼空気流量計１８により計測する空気流量が、原料流量調節器２の原料流量または燃料電池８の発電量のいずれかに応じたバーナー７の安定燃焼の維持に必要な空気流量を超過すると、制御器２２の制御によって、排出空気量調整機構２０が、超過分の空気が排出経路１９から排出されるように第２分岐点Ｃから排出経路１９へ分岐する空気の分岐量を増やす。   Further, when the air flow rate measured by the combustion air flow meter 18 exceeds the air flow rate necessary for maintaining stable combustion of the burner 7 according to either the raw material flow rate of the raw material flow rate controller 2 or the power generation amount of the fuel cell 8. Under the control of the controller 22, the discharge air amount adjustment mechanism 20 increases the amount of air branched from the second branch point C to the discharge path 19 so that excess air is discharged from the discharge path 19.

また、燃焼空気流量計１８により計測する空気流量が、原料流量調節器２の原料流量または燃料電池８の発電量のいずれかに応じたバーナー７の安定燃焼の維持に必要な空気流量を下回わらないように、制御器２２の制御によって、空気供給装置９が、燃焼空気供給経路１０に空気を供給する。   Further, the air flow rate measured by the combustion air flow meter 18 is lower than the air flow rate necessary for maintaining stable combustion of the burner 7 according to either the raw material flow rate of the raw material flow rate controller 2 or the power generation amount of the fuel cell 8. The air supply device 9 supplies air to the combustion air supply path 10 by the control of the controller 22 so as not to change.

また、本実施の形態では、冷却空気量調整機構１６が、冷却空気供給経路１５の途中に設けられて空気の流路を開閉するものであり、冷却空気供給経路１５の途中に設ける開閉制御可能な開閉弁（例えば、電磁弁、弁の開度調節が可能な開閉弁）を冷却空気量調整機構１６として用いることができる。   In the present embodiment, the cooling air amount adjusting mechanism 16 is provided in the middle of the cooling air supply path 15 to open and close the air flow path, and can be controlled to be opened and closed in the middle of the cooling air supply path 15. A simple on-off valve (for example, an electromagnetic valve or an on-off valve capable of adjusting the opening of the valve) can be used as the cooling air amount adjusting mechanism 16.

ここで、冷却空気量調整機構１６としての開閉弁は、水添脱硫器３の温度が第１温度閾値以下の場合には冷却空気供給経路１５（水添脱硫冷却器１４）に空気が流れないようにするのであれば、全閉した状態と開いた状態の２つの状態を有するものを用いる。   Here, the on-off valve as the cooling air amount adjusting mechanism 16 does not flow air into the cooling air supply path 15 (hydrodesulfurization cooler 14) when the temperature of the hydrodesulfurizer 3 is equal to or lower than the first temperature threshold. If so, one having two states, a fully closed state and an open state, is used.

また、冷却空気量調整機構１６としての開閉弁は、燃料電池システムの設置環境や経年劣化などの要因により、平常時でも水添脱硫冷却器１４によって水添脱硫器３を冷却するために、水添脱硫器３の温度が第１温度閾値（例えば、２９０℃）以下の場合でも冷却空気供給経路１５（水添脱硫冷却器１４）に空気が流れるようにするのであれば、微開した状態と充分に開いた状態の２つの状態を有するものを用いる。   The on-off valve as the cooling air amount adjusting mechanism 16 is a water-cooling device for cooling the hydrodesulfurizer 3 by the hydrodesulfurization cooler 14 even under normal conditions due to factors such as the installation environment of the fuel cell system and aging deterioration. Even if the temperature of the hydrodesulfurizer 3 is equal to or lower than a first temperature threshold (for example, 290 ° C.), if air is allowed to flow through the cooling air supply passage 15 (hydrodesulfurization cooler 14), the state is slightly opened. A thing having two states of a fully open state is used.

また、冷却空気量調整機構１６として弁の開度調節が可能な開閉弁を用いる場合は、水添脱硫器３の温度に応じて、冷却空気供給経路１５（水添脱硫冷却器１４）を流れる空気流量を多段階に変えるように構成することも、弁を開いてから所定時間経過しても水添脱硫器３の温度が充分に下がらない場合に弁をさらに開くように構成することもできる。   When an on-off valve capable of adjusting the opening of the valve is used as the cooling air amount adjusting mechanism 16, it flows through the cooling air supply path 15 (hydrodesulfurization cooler 14) according to the temperature of the hydrodesulfurizer 3. The air flow rate can be changed in multiple stages, or the valve can be further opened when the temperature of the hydrodesulfurizer 3 does not drop sufficiently even after a predetermined time has elapsed since the valve was opened. .

また、本実施の形態では、燃焼空気供給経路１０における第１分岐点Ａと第１合流点Ｂとの間に流路抵抗を調節可能な流路抵抗体１７を備えている。   In the present embodiment, the flow path resistor 17 capable of adjusting the flow path resistance is provided between the first branch point A and the first junction B in the combustion air supply path 10.

この流路抵抗体１７は、冷却空気量調整機構１６が第１分岐点Ａから冷却空気供給経路１５へ分岐する空気の分岐量を増やす時に、燃焼空気供給経路１０における第１分岐点Ａと第１合流点Ｂとの間の空気流量が冷却空気供給経路１５での空気流量の増量分だけ減るように燃焼空気供給経路１０における第１分岐点Ａと第１合流点Ｂとの間の流路抵抗を大きくするものであり、また、冷却空気量調整機構１６が第１分岐点Ａから冷却空気供給経路１５へ分岐する空気の分岐量を減らす時に、燃焼空気供給経路１０における第１分岐点Ａと第１合流点Ｂとの間の空気流量が冷却空気供給経路１５での空気流量の減量分だけ増えるように燃焼空気供給経路１０における第１分岐点Ａと第１合流点Ｂとの間の流路抵抗を小さくするものである。   The flow path resistor 17 is connected to the first branch point A and the first branch point A in the combustion air supply path 10 when the cooling air amount adjusting mechanism 16 increases the amount of air branching from the first branch point A to the cooling air supply path 15. The flow path between the first junction point A and the first junction point B in the combustion air supply path 10 so that the air flow rate between the first junction point B is reduced by the increase in the air flow rate in the cooling air supply path 15. The resistance is increased, and when the cooling air amount adjusting mechanism 16 reduces the amount of air branched from the first branch point A to the cooling air supply path 15, the first branch point A in the combustion air supply path 10 is reduced. Between the first junction point B and the first junction point B in the combustion air supply path 10 so that the air flow rate between the first junction point B and the first junction point B increases by the amount of decrease in the air flow rate in the cooling air supply path 15. This is to reduce the flow path resistance.

上記構成では、冷却空気供給経路１５の途中に設けられて空気の流路を開閉する冷却空気量調整機構１６により冷却空気供給経路１５へ分岐する空気の分岐量を増減させても、第１合流点Ｂで合流後の燃焼空気供給経路１０の空気流量が変動しないので、冷却空気量調整機構１６の動作が、バーナー７に供給される空気流量、排出空気量調整機構２０の動作、空気供給装置９の動作に影響を与えないので、制御器２２が、冷却空気量調整機構１
６と流路抵抗体１７と排出空気量調整機構２０と空気供給装置９を制御する場合は、制御器２２の制御を簡単にすることができる。 In the above configuration, even if the amount of air branched to the cooling air supply path 15 is increased or decreased by the cooling air amount adjusting mechanism 16 provided in the middle of the cooling air supply path 15 to open and close the air flow path, Since the air flow rate of the combustion air supply path 10 after merging does not change at the point B, the operation of the cooling air amount adjusting mechanism 16 is the operation of the air flow rate supplied to the burner 7, the operation of the discharged air amount adjusting mechanism 20, and the air supply device. 9 does not affect the operation of the cooling air amount adjusting mechanism 1.
6, the flow path resistor 17, the discharged air amount adjusting mechanism 20, and the air supply device 9 can be controlled easily.

また、本実施の形態では、燃料電池８が所定発電量γより小さい発電量で発電しているのみ排出経路１９から空気を排出するように、燃料電池８が所定発電量γより小さい発電量で発電している場合は、制御器２２の制御によって、空気供給装置９が燃焼空気供給経路１０に燃料電池８の発電量に関係なく所定発電量γでのバーナー７の安定燃焼の維持に必要な空気流量（例えば、約８Ｌ／ｍｉｎ）と略同量の一定の空気流量で空気を供給し、燃料電池８が所定発電量γ以上の発電量で発電している場合は、制御器２２の制御によって、空気供給装置９が燃焼空気供給経路１０に燃料電池８の発電量に応じたバーナー７の安定燃焼の維持に必要な空気流量で空気を供給するものであり、制御器２２の制御を簡単にすることができる。   Further, in the present embodiment, the fuel cell 8 has a power generation amount smaller than the predetermined power generation amount γ so that air is discharged from the discharge path 19 only when the fuel cell 8 generates power with a power generation amount smaller than the predetermined power generation amount γ. When power is being generated, the controller 22 controls the air supply device 9 to maintain stable combustion of the burner 7 at a predetermined power generation amount γ regardless of the power generation amount of the fuel cell 8 in the combustion air supply path 10. When air is supplied at a constant air flow rate substantially equal to the air flow rate (for example, about 8 L / min) and the fuel cell 8 is generating power with a power generation amount equal to or greater than a predetermined power generation amount γ, the control of the controller 22 is performed. Thus, the air supply device 9 supplies air to the combustion air supply path 10 at an air flow rate necessary for maintaining stable combustion of the burner 7 according to the amount of power generated by the fuel cell 8, and the control of the controller 22 is simplified. Can be.

なお、本実施の形態では、燃料電池８が所定発電量γ以上の発電量で発電している場合は、制御器２２の制御によって、空気供給装置９が燃焼空気供給経路１０に燃料電池８の発電量に応じたバーナー７の安定燃焼の維持に必要な空気流量で空気を供給するので、冷却空気量調整機構１６を構成する開閉弁が開いている時の弁の開度が、燃料電池８の発電量に関係なく一定である場合は、燃料電池８の発電量が大きくなるほど、冷却空気量調整機構１６を構成する開閉弁が開いた時に水添脱硫冷却器１４に供給される空気流量が増えて水添脱硫器３を冷却する能力が高まる。   In the present embodiment, when the fuel cell 8 generates power with a power generation amount equal to or greater than the predetermined power generation amount γ, the air supply device 9 is connected to the combustion air supply path 10 by the control of the controller 22. Since air is supplied at an air flow rate necessary for maintaining stable combustion of the burner 7 according to the amount of power generation, the opening degree of the valve when the on-off valve constituting the cooling air amount adjusting mechanism 16 is open is determined by the fuel cell 8. If the power generation amount of the fuel cell 8 is larger, the flow rate of air supplied to the hydrodesulfurization cooler 14 when the on-off valve constituting the cooling air amount adjusting mechanism 16 is opened is larger. The capacity for cooling the hydrodesulfurizer 3 is increased.

（実施の形態２）
以下、本発明の燃料電池システムの実施の形態２について、説明するが、実施の形態１と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。 (Embodiment 2)
Hereinafter, a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention will be described. The same components as those of the first embodiment will be denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

実施の形態２における燃料電池システムの水素生成装置とその周辺部の構成は、図１に示す実施の形態１と同様である。   The configuration of the hydrogen generator of the fuel cell system and its peripheral part in the second embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG.

実施の形態１の燃料電池システムは、燃料電池８が所定発電量γより小さい発電量で発電しているのみ排出経路１９から空気を排出するように、燃料電池８が所定発電量γより小さい発電量で発電している場合は、制御器２２の制御によって、空気供給装置９が燃焼空気供給経路１０に燃料電池８の発電量に関係なく所定発電量γでのバーナー７の安定燃焼の維持に必要な空気流量（例えば、約８Ｌ／ｍｉｎ）と略同量の一定の空気流量で空気を供給し、燃料電池８が所定発電量γ以上の発電量で発電している場合は、制御器２２の制御によって、空気供給装置９が燃焼空気供給経路１０に燃料電池８の発電量に応じたバーナー７の安定燃焼の維持に必要な空気流量で空気を供給するものであった。   The fuel cell system according to the first embodiment generates power less than the predetermined power generation amount γ so that the fuel cell 8 discharges air from the discharge path 19 only when the power generation amount is smaller than the predetermined power generation amount γ. When the amount of power is generated, the controller 22 controls the air supply device 9 to maintain stable combustion of the burner 7 at the predetermined power generation amount γ regardless of the power generation amount of the fuel cell 8 in the combustion air supply path 10. When air is supplied at a constant air flow rate that is substantially the same amount as the required air flow rate (for example, about 8 L / min), and the fuel cell 8 is generating power with a power generation amount equal to or greater than a predetermined power generation amount γ, the controller 22 With this control, the air supply device 9 supplies air to the combustion air supply path 10 at an air flow rate necessary for maintaining stable combustion of the burner 7 according to the power generation amount of the fuel cell 8.

これに対し、実施の形態２の燃料電池システムは、空気供給装置９が燃焼空気供給経路１０に空気を供給する時は、燃料電池８の発電量に関係なく常に排出経路１９から空気を排出するように、空気供給装置９が燃焼空気供給経路１０に燃料電池８の発電量に関係なく最大発電時βでのバーナー７の安定燃焼の維持に必要な空気流量（例えば、約２０Ｌ／ｍｉｎ）を超える一定の空気流量で空気を供給するものである。   In contrast, in the fuel cell system of Embodiment 2, when the air supply device 9 supplies air to the combustion air supply path 10, air is always discharged from the discharge path 19 regardless of the amount of power generated by the fuel cell 8. As described above, the air supply device 9 supplies the combustion air supply path 10 with an air flow rate (for example, about 20 L / min) necessary for maintaining stable combustion of the burner 7 at the maximum power generation β regardless of the power generation amount of the fuel cell 8. Air is supplied at a constant air flow rate exceeding.

図３は、本実施の形態の燃料電池システムの燃料電池８の発電量と、バーナー７へ供給する燃焼空気量（太線）、水添脱硫冷却器１４に供給する冷却空気の必要量（細線）、およびそれらを合わせた全空気量（破線）との関係を示したものである。   FIG. 3 shows the power generation amount of the fuel cell 8 of the fuel cell system of the present embodiment, the amount of combustion air supplied to the burner 7 (thick line), and the required amount of cooling air supplied to the hydrodesulfurization cooler 14 (thin line). , And the total air amount (broken line) combined with them.

本実施の形態では、冷却空気量調整機構１６を構成する開閉弁が開いている時の弁の開度は、燃料電池８の発電量に関係なく一定である。   In the present embodiment, the opening degree of the valve when the on-off valve constituting the cooling air amount adjusting mechanism 16 is open is constant regardless of the power generation amount of the fuel cell 8.

水添脱硫器３の温度は燃料電池８の発電量にあまり関係しないので、水添脱硫冷却器１４で水添脱硫器３を冷却する場合に水添脱硫冷却器１４へ供給する冷却空気必要量は燃料電池８の発電量に関係なくほぼ一定になる。したがって、空気供給装置９は発電量によらず一定の空気量を供給する必要がある。   Since the temperature of the hydrodesulfurizer 3 is not so much related to the power generation amount of the fuel cell 8, when cooling the hydrodesulfurizer 3 with the hydrodesulfurization cooler 14, the required amount of cooling air to be supplied to the hydrodesulfurization cooler 14 Is substantially constant regardless of the amount of power generated by the fuel cell 8. Therefore, the air supply device 9 needs to supply a constant amount of air regardless of the amount of power generation.

そこで本実施の形態では、空気供給装置９から最大発電量時に必要な燃焼空気流量（例えば、約２０Ｌ／ｍｉｎ）よりも多少多い空気流量を供給し、バーナー７へ供給する空気量より過剰な空気を排出経路１９から常時排出するように構成している。   Therefore, in the present embodiment, an air flow rate that is slightly higher than the combustion air flow rate (for example, about 20 L / min) required at the time of maximum power generation is supplied from the air supply device 9, and the air is more than the air amount supplied to the burner 7. Is always discharged from the discharge path 19.

なお、本実施の形態においても、冷却空気量調整機構１６は、実施の形態１と同じく、脱硫温度検出器２１の温度に応じて冷却空気供給経路１５の開閉動作を行う。   Also in the present embodiment, the cooling air amount adjustment mechanism 16 opens and closes the cooling air supply path 15 according to the temperature of the desulfurization temperature detector 21 as in the first embodiment.

以上説明したように本実施の形態は、空気供給装置９が燃焼空気供給経路１０に空気を供給する時は、燃料電池８の発電量に関係なく常に排出経路１９から空気を排出するように、空気供給装置９が燃焼空気供給経路１０に燃料電池８の発電量に関係なく最大発電時βでのバーナー７の安定燃焼の維持に必要な空気流量（例えば、約２０Ｌ／ｍｉｎ）を超える一定の空気流量で空気を供給するものであり、燃焼空気流量計１８を通過する空気流量が燃料電池８の発電量に応じた所定の値となるように排出空気量調整機構２０の流量を調整すれば良いので、制御器２２の制御が非常に簡単になるという長所がある。   As described above, in the present embodiment, when the air supply device 9 supplies air to the combustion air supply path 10, the air is always discharged from the discharge path 19 regardless of the power generation amount of the fuel cell 8. Regardless of the power generation amount of the fuel cell 8, the air supply device 9 has a constant flow rate exceeding the air flow rate (for example, about 20 L / min) necessary for maintaining stable combustion of the burner 7 at the maximum power generation β regardless of the power generation amount of the fuel cell 8 If air is supplied at an air flow rate and the flow rate of the exhaust air amount adjusting mechanism 20 is adjusted so that the air flow rate passing through the combustion air flow meter 18 becomes a predetermined value corresponding to the power generation amount of the fuel cell 8. Since it is good, the control of the controller 22 is very simple.

（実施の形態３）
以下、本発明の燃料電池システムの実施の形態３について、図４を用いて説明するが、実施の形態１と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。 (Embodiment 3)
Hereinafter, Embodiment 3 of the fuel cell system of the present invention will be described with reference to FIG. 4, but the same components as those in Embodiment 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

図４は、本発明の実施の形態３における燃料電池システムの水素生成装置とその周辺部を示す概略構成図である。   FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a hydrogen generator of a fuel cell system and its peripheral part in Embodiment 3 of the present invention.

本実施の形態は、実施の形態１または２における流路抵抗を調節可能な流路抵抗体１７の代わりに流路抵抗が一定（固定）の流路抵抗体１７’を用いたものであり、その他の構成は、実施の形態１または２と同様である。   In this embodiment, instead of the channel resistor 17 capable of adjusting the channel resistance in the first or second embodiment, a channel resistor 17 ′ having a constant (fixed) channel resistance is used. Other configurations are the same as those in the first or second embodiment.

本実施の形態では、実施の形態１または２における流路抵抗を調節可能な流路抵抗体１７の代わりに流路抵抗が一定（固定）の流路抵抗体１７’を用いているので、冷却空気量調整機構１６の開閉によって空気供給装置９からバーナー７までの流路抵抗が変化する。   In the present embodiment, instead of the channel resistor 17 capable of adjusting the channel resistance in the first or second embodiment, the channel resistor 17 ′ having a constant (fixed) channel resistance is used. The flow path resistance from the air supply device 9 to the burner 7 is changed by opening and closing the air amount adjusting mechanism 16.

そこで、冷却空気量調整機構１６の開閉によってバーナー７へ供給する空気流量（燃焼空気流量計１８により計測する空気流量）がほとんど変化しないように、制御器２２が、冷却空気量調整機構１６を開閉動作する時に、冷却空気量調整機構１６の開閉動作に合わせて空気供給装置９からの空気流量と排出空気量調整機構２０のうちの少なくともどちらか一方を制御する。   Therefore, the controller 22 opens and closes the cooling air amount adjusting mechanism 16 so that the flow rate of air supplied to the burner 7 (the air flow rate measured by the combustion air flow meter 18) hardly changes by opening and closing the cooling air amount adjusting mechanism 16. At the time of operation, at least one of the air flow rate from the air supply device 9 and the exhaust air amount adjusting mechanism 20 is controlled in accordance with the opening / closing operation of the cooling air amount adjusting mechanism 16.

例えば、冷却空気量調整機構１６を開動作する場合は、排出空気量調整機構２０は、燃焼空気流量計１８により計測する空気流量が、原料流量調節器２の原料流量または燃料電池８の発電量のいずれかに応じたバーナー７の安定燃焼の維持に必要な空気流量を超過すると、超過分の空気が排出経路１９から排出されるように第２分岐点Ｃから排出経路１９へ分岐する空気の分岐量を増やす。   For example, when the cooling air amount adjusting mechanism 16 is opened, the exhaust air amount adjusting mechanism 20 is configured such that the air flow rate measured by the combustion air flow meter 18 is the raw material flow rate of the raw material flow rate controller 2 or the power generation amount of the fuel cell 8. When the air flow rate necessary for maintaining stable combustion of the burner 7 according to any of the above is exceeded, the excess air is discharged from the discharge path 19 so that the air branched from the second branch point C to the discharge path 19 Increase the amount of branching.

そして、排出空気量調整機構２０により超過分の空気を排出経路１９から排出している時に冷却空気量調整機構１６を閉動作する場合は、排出空気量調整機構２０は、燃焼空気流量計１８により計測する空気流量が、原料流量調節器２の原料流量または燃料電池８の
発電量のいずれかに応じたバーナー７の安定燃焼の維持に必要な空気流量になるように、第２分岐点Ｃから排出経路１９へ分岐する空気の分岐量を減らす。 When the cooling air amount adjusting mechanism 16 is closed when the excess air is being discharged from the discharge path 19 by the exhaust air amount adjusting mechanism 20, the exhaust air amount adjusting mechanism 20 is controlled by the combustion air flow meter 18. From the second branch point C, the measured air flow rate becomes an air flow rate necessary for maintaining stable combustion of the burner 7 according to either the raw material flow rate of the raw material flow rate controller 2 or the power generation amount of the fuel cell 8. The amount of air branching into the discharge path 19 is reduced.

または、冷却空気量調整機構１６を開動作する場合は、空気供給装置９は、燃焼空気流量計１８により計測する空気流量が、原料流量調節器２の原料流量または燃料電池８の発電量のいずれかに応じたバーナー７の安定燃焼の維持に必要な空気流量を超過すると、燃焼空気流量計１８により計測する空気流量が、原料流量調節器２の原料流量または燃料電池８の発電量のいずれかに応じたバーナー７の安定燃焼の維持に必要な空気流量になるように空気供給能力を下げる。   Alternatively, when the cooling air amount adjusting mechanism 16 is opened, the air supply device 9 determines whether the air flow rate measured by the combustion air flow meter 18 is the raw material flow rate of the raw material flow rate controller 2 or the power generation amount of the fuel cell 8. When the air flow rate necessary for maintaining stable combustion of the burner 7 corresponding to the above is exceeded, the air flow rate measured by the combustion air flow meter 18 is either the raw material flow rate of the raw material flow rate controller 2 or the power generation amount of the fuel cell 8. The air supply capacity is lowered so that the air flow rate necessary for maintaining stable combustion of the burner 7 according to

そして、冷却空気量調整機構１６を閉動作する場合は、空気供給装置９は、燃焼空気流量計１８により計測する空気流量が、原料流量調節器２の原料流量または燃料電池８の発電量のいずれかに応じたバーナー７の安定燃焼の維持に必要な空気流量未満になると、燃焼空気流量計１８により計測する空気流量が、原料流量調節器２の原料流量または燃料電池８の発電量のいずれかに応じたバーナー７の安定燃焼の維持に必要な空気流量になるように空気供給能力を上げる。   When the cooling air amount adjusting mechanism 16 is closed, the air supply device 9 determines whether the air flow rate measured by the combustion air flow meter 18 is the raw material flow rate of the raw material flow rate controller 2 or the power generation amount of the fuel cell 8. When the air flow rate required for maintaining stable combustion of the burner 7 according to the above becomes lower, the air flow rate measured by the combustion air flow meter 18 is either the raw material flow rate of the raw material flow rate controller 2 or the power generation amount of the fuel cell 8. The air supply capacity is increased so as to obtain an air flow rate necessary for maintaining stable combustion of the burner 7 according to the above.

もし、冷却空気量調整機構１６を開閉動作する時に、冷却空気量調整機構１６の開閉動作に合わせて排出空気量調整機構２０の単独動作だけでは、燃焼空気流量計１８により計測する空気流量を、原料流量調節器２の原料流量または燃料電池８の発電量のいずれかに応じたバーナー７の安定燃焼の維持に必要な空気流量にできない場合は、排出空気量調整機構２０の動作に加えて、燃焼空気流量計１８により計測する空気流量が、原料流量調節器２の原料流量または燃料電池８の発電量のいずれかに応じたバーナー７の安定燃焼の維持に必要な空気流量になるように、空気供給装置９の空気供給能力を調節する。   If the cooling air amount adjusting mechanism 16 is opened / closed, the air flow rate measured by the combustion air flow meter 18 can be obtained only by the independent operation of the exhaust air amount adjusting mechanism 20 in accordance with the opening / closing operation of the cooling air amount adjusting mechanism 16. If the air flow rate required for maintaining stable combustion of the burner 7 according to either the raw material flow rate of the raw material flow rate controller 2 or the power generation amount of the fuel cell 8 cannot be achieved, The air flow rate measured by the combustion air flow meter 18 is an air flow rate necessary for maintaining stable combustion of the burner 7 according to either the raw material flow rate of the raw material flow rate controller 2 or the power generation amount of the fuel cell 8. The air supply capacity of the air supply device 9 is adjusted.

（実施の形態４）
以下、本発明の燃料電池システムの実施の形態４について、図５を用いて説明するが、先に説明した実施の形態１から３と同一構成については、同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。 (Embodiment 4)
Hereinafter, Embodiment 4 of the fuel cell system of the present invention will be described with reference to FIG. 5. The same components as those in Embodiments 1 to 3 described above are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be made. Description is omitted.

図５は、本発明の実施の形態４における燃料電池システムの水素生成装置とその周辺部を示す概略構成図である。   FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a hydrogen generator of a fuel cell system and its peripheral part in Embodiment 4 of the present invention.

本実施の形態は、水添脱硫冷却器１４で得た熱をバーナー７からの燃焼排ガスの保有する熱と一緒に回収できるように、実施の形態３の構成において、バーナー７からの燃焼排ガスを排出する燃焼排ガス経路１２の途中に燃焼排ガスの熱を回収する熱回収熱交換器２３をさらに備え、排出経路１９を、冷却空気供給経路１５における水添脱硫冷却器１４の空気の出口部と第１合流点Ｂとの間の第２分岐点Ｃで冷却空気供給経路１５から分岐するように変更すると共に、排出経路１９の出口側で燃焼排ガス経路１２における熱回収熱交換器２３よりも燃焼排ガスの上流の第２合流点Ｄに合流するよう構成したものである。   In the present embodiment, the combustion exhaust gas from the burner 7 is recovered in the configuration of the third embodiment so that the heat obtained by the hydrodesulfurization cooler 14 can be recovered together with the heat held in the combustion exhaust gas from the burner 7. A heat recovery heat exchanger 23 that recovers the heat of the combustion exhaust gas is further provided in the middle of the exhaust combustion gas path 12 to be discharged, and the exhaust path 19 is connected to the air outlet portion of the hydrodesulfurization cooler 14 in the cooling air supply path 15. The cooling air supply path 15 is changed so as to branch from the cooling air supply path 15 at the second branch point C between the first confluence B and the combustion exhaust gas than the heat recovery heat exchanger 23 in the combustion exhaust gas path 12 on the outlet side of the discharge path 19. It is comprised so that it may join to the 2nd junction point D of upstream.

そして、排出空気量調整機構２０は、冷却空気量調整機構１６が第１分岐点Ａから冷却空気供給経路１５へ分岐する空気の分岐量を増やす時に、第２分岐点Ｃから排出経路１９へ分岐する空気の分岐量を増やし、空気供給装置９は、冷却空気量調整機構１６が第１分岐点Ａから冷却空気供給経路１５へ分岐する空気の分岐量を増やす時に、燃焼空気供給経路１０に供給する空気の空気流量を増やすのである。   The exhaust air amount adjusting mechanism 20 branches from the second branch point C to the discharge path 19 when the cooling air amount adjusting mechanism 16 increases the amount of air branching from the first branch point A to the cooling air supply path 15. The air supply device 9 supplies the combustion air supply path 10 with the air supply device 9 when the cooling air quantity adjustment mechanism 16 increases the amount of air branching from the first branch point A to the cooling air supply path 15. The air flow rate of the air to be increased is increased.

さらに、本実施の形態では、熱回収熱交換器２３で回収した熱を改質水供給配管２４によって水供給器５に供給される改質水の予熱に利用している。   Furthermore, in the present embodiment, the heat recovered by the heat recovery heat exchanger 23 is used for preheating reformed water supplied to the water supplier 5 through the reformed water supply pipe 24.

本実施の形態の構成を用いると、水添脱硫冷却器１４で暖められ排出経路１９から排出される空気の熱を回収でき、熱損失を低減することができる。なお、本実施の形態は回収した熱の利用を改質水の予熱に限定するものではない。   If the structure of this Embodiment is used, the heat | fever of the air warmed by the hydrodesulfurization cooler 14 and discharged | emitted from the discharge path 19 can be collect | recovered, and a heat loss can be reduced. In addition, this Embodiment does not limit utilization of the collect | recovered heat to preheating of reformed water.

本実施の形態は、バーナー７からの燃焼排ガスを排出する燃焼排ガス経路１２と、燃焼排ガス経路１２に配置され、バーナー７からの燃焼排ガスの熱を回収する熱回収熱交換器２３とを備え、排出経路１９は、冷却空気供給経路１５における水添脱硫冷却器１４の空気の出口部と第１合流点Ｂとの間の第２分岐点Ｃで冷却空気供給経路１５から分岐して、燃焼排ガス経路１２における熱回収熱交換器２３よりも燃焼排ガスの上流の第２合流点Ｄに合流するよう構成され、排出空気量調整機構２０は、冷却空気量調整機構１６が第１分岐点Ａから冷却空気供給経路１５へ分岐する空気の分岐量を増やす時に、第２分岐点Ｃから排出経路１９へ分岐する空気の分岐量を増やし、空気供給装置９は、冷却空気量調整機構１６が第１分岐点Ａから冷却空気供給経路１５へ分岐する空気の分岐量を増やす時に、燃焼空気供給経路１０に供給する空気の空気流量を増やすものであり、水添脱硫冷却器１４を通過した空気を排出経路１９を経由して燃焼排ガス経路１２に合流させて、燃焼排ガスの熱を回収するための熱回収熱交換器２３で、排出経路１９から排出される空気の熱を回収できるため、水添脱硫冷却器１４で暖められた空気の熱を効率よく回収することができる。   The present embodiment includes a flue gas path 12 that discharges flue gas from the burner 7, and a heat recovery heat exchanger 23 that is disposed in the flue gas path 12 and collects the heat of the flue gas from the burner 7. The discharge path 19 branches from the cooling air supply path 15 at a second branch point C between the air outlet of the hydrodesulfurization cooler 14 in the cooling air supply path 15 and the first confluence B, and the combustion exhaust gas The exhaust air amount adjusting mechanism 20 is cooled from the first branch point A by the cooling air amount adjusting mechanism 20 so as to join the second confluence point D upstream of the combustion exhaust gas from the heat recovery heat exchanger 23 in the path 12. When the amount of air branching to the air supply path 15 is increased, the amount of air branching from the second branch point C to the discharge path 19 is increased, and the air supply device 9 is configured so that the cooling air amount adjusting mechanism 16 is the first branch. Cooling from point A When increasing the amount of air branched into the air supply path 15, the air flow rate of the air supplied to the combustion air supply path 10 is increased, and the air that has passed through the hydrodesulfurization cooler 14 passes through the discharge path 19. The heat recovery heat exchanger 23 for recovering the heat of the combustion exhaust gas by joining the combustion exhaust gas path 12 can recover the heat of the air exhausted from the exhaust path 19 and is therefore warmed by the hydrodesulfurization cooler 14. The heat of the generated air can be recovered efficiently.

図６に示した実施の形態４の変形例は、途中に水添脱硫冷却器１４を有する冷却空気供給経路１５が燃焼空気供給経路１０に合流せず、水添脱硫冷却器１４よりも空気の下流側の冷却空気供給経路１５が排出経路１９を兼用し、排出経路１９から排出空気量調整機構２０を無くしたものである。   In the modification of the fourth embodiment shown in FIG. 6, the cooling air supply path 15 having the hydrodesulfurization cooler 14 in the middle does not join the combustion air supply path 10, and the air is supplied more than the hydrodesulfurization cooler 14. The downstream cooling air supply path 15 also serves as the discharge path 19, and the discharge air amount adjustment mechanism 20 is eliminated from the discharge path 19.

この変形例は、燃料電池８から排出される可燃成分を含むアノードオフガスと、空気供給装置９から燃焼空気供給経路１０を介して供給される空気とを用いて燃焼するバーナー７と、バーナー７の燃焼によって加熱されて、原料流量調節器２により流量調節された炭化水素系の原料を水蒸気改質して、燃料電池８の発電に使用する水素含有ガスを生成する改質反応部６と、原料流量調節器２と改質反応部６との間の原料の流路に位置して、改質反応部６の熱の影響を受けて所定温度に加熱されるように改質反応部６の近傍に配置され、改質反応部６で生成された水素含有ガスの一部と原料流量調節器２からの原料とが供給されて、原料中の硫黄分を水添脱硫方式で除去する水添脱硫器３と、空気供給装置９から燃焼空気供給経路１０に供給される空気のうちの少なくとも一部が通流するように燃焼空気供給経路１０の途中の第１分岐点Ａから分岐する冷却空気供給経路１５と、水添脱硫器３と熱交換可能に冷却空気供給経路１５の途中に設けられ、冷却空気供給経路１５を通流する空気が内部を通流して水添脱硫器３を冷却する水添脱硫冷却器１４と、第１分岐点Ａとバーナー７の空気の入口部との間の燃焼空気供給経路１０を通流する空気流量を計測する燃焼空気流量計１８と、水添脱硫器３の温度を検出する脱硫温度検出器２１と、第１分岐点Ａから冷却空気供給経路１５へ分岐する空気の分岐量を調整する冷却空気量調整機構１６とを備える。   In this modification, the burner 7 that burns using the anode off-gas containing combustible components discharged from the fuel cell 8 and the air supplied from the air supply device 9 via the combustion air supply path 10, A reforming reaction unit 6 that steam-reforms a hydrocarbon-based raw material heated by combustion and whose flow rate is adjusted by the raw material flow rate regulator 2 to generate a hydrogen-containing gas used for power generation of the fuel cell 8, and a raw material Located in the raw material flow path between the flow rate controller 2 and the reforming reaction unit 6 and in the vicinity of the reforming reaction unit 6 so as to be heated to a predetermined temperature under the influence of heat of the reforming reaction unit 6 The hydrodesulfurization is arranged such that a part of the hydrogen-containing gas produced in the reforming reaction section 6 and the raw material from the raw material flow rate controller 2 are supplied and the sulfur content in the raw material is removed by the hydrodesulfurization method. Supplied to the combustion air supply path 10 from the vessel 3 and the air supply device 9. The cooling air supply path 15 branched from the first branch point A in the middle of the combustion air supply path 10 and the hydrodesulfurizer 3 so as to allow heat exchange so that at least a part of the air that flows is supplied. The hydrodesulfurization cooler 14 is provided in the middle of the path 15, and the air flowing through the cooling air supply path 15 flows inside to cool the hydrodesulfurizer 3, and the air at the first branch point A and the burner 7. A combustion air flow meter 18 for measuring the flow rate of the air flowing through the combustion air supply path 10 between the inlet portion and the desulfurization temperature detector 21 for detecting the temperature of the hydrodesulfurizer 3, and a first branch point A A cooling air amount adjusting mechanism 16 that adjusts the amount of air branched from the air to the cooling air supply path 15.

そして、冷却空気量調整機構１６は、脱硫温度検出器２１により検出する水添脱硫器３の温度が、水添脱硫器３の上限温度に基づいて上限温度を超えないように設定された第１温度閾値を超える温度に上昇すると、第１分岐点Ａから冷却空気供給経路１５へ分岐する空気の分岐量を増やし、空気供給装置９は、燃焼空気流量計１８により計測する空気流量が、原料流量調節器２の原料流量または燃料電池８の発電量のいずれかに応じたバーナー７の安定燃焼の維持に必要な空気流量を下回わらないように燃焼空気供給経路１０に空気を供給する。   The cooling air amount adjusting mechanism 16 is set so that the temperature of the hydrodesulfurizer 3 detected by the desulfurization temperature detector 21 does not exceed the upper limit temperature based on the upper limit temperature of the hydrodesulfurizer 3. When the temperature rises above the temperature threshold, the amount of air branched from the first branch point A to the cooling air supply path 15 is increased, and the air supply device 9 determines that the air flow rate measured by the combustion air flow meter 18 is the raw material flow rate. Air is supplied to the combustion air supply path 10 so as not to fall below the air flow rate necessary for maintaining stable combustion of the burner 7 according to either the raw material flow rate of the regulator 2 or the power generation amount of the fuel cell 8.

上記構成でも、水添脱硫器３の温度が上限温度を超えないように水添脱硫器３を冷却す
るための水添脱硫冷却器１４に流す空気流量が、バーナー７に供給する空気流量を上限とするように制限されないので、燃料電池８の発電量が小さい場合でも、燃料電池システムの空気供給装置９からバーナー７に供給される空気を利用して水添脱硫器３を適温に維持することができる。 Even in the above configuration, the flow rate of air flowing to the hydrodesulfurization cooler 14 for cooling the hydrodesulfurizer 3 so that the temperature of the hydrodesulfurizer 3 does not exceed the upper limit temperature is the upper limit of the air flow rate supplied to the burner 7. Therefore, even when the power generation amount of the fuel cell 8 is small, the hydrodesulfurizer 3 is maintained at an appropriate temperature by using the air supplied from the air supply device 9 of the fuel cell system to the burner 7. Can do.

本発明は、発電量が小さい場合でも、燃料電池システムの空気供給装置から燃焼器に供給される空気を利用して水添脱硫器を適温に維持することができるので、水素生成装置に燃料電池のアノードオフガスを用いて燃焼する燃焼器と水添脱硫器とを備え、発電量が変動する家庭用の燃料電池システムに適用することができる。   The present invention can maintain the hydrodesulfurizer at an appropriate temperature using air supplied from the air supply device of the fuel cell system to the combustor even when the power generation amount is small. It can be applied to a domestic fuel cell system that includes a combustor that burns using the anode off-gas and a hydrodesulfurizer and that varies in power generation.

１ 水素生成装置
２ 原料流量調節器
３ 水添脱硫器
６ 改質反応部
７ バーナー
８ 燃料電池
９ 空気供給装置
１０ 燃焼空気供給経路
１２ 燃焼排ガス経路
１４ 水添脱硫冷却器
１５ 冷却空気供給経路
１６ 冷却空気量調整機構
１７ 流路抵抗体
１７’ 流路抵抗体
１８ 燃焼空気流量計
１９ 排出経路
２０ 排出空気量調整機構
２１ 脱硫温度検出器
２２ 制御器
２３ 熱回収熱交換器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hydrogen generator 2 Raw material flow controller 3 Hydrodesulfurizer 6 Reforming reaction part 7 Burner 8 Fuel cell 9 Air supply apparatus 10 Combustion air supply path 12 Combustion exhaust gas path 14 Hydrodesulfurization cooler 15 Cooling air supply path 16 Cooling Air flow rate adjustment mechanism 17 Flow path resistor 17 'Flow path resistor 18 Combustion air flow meter 19 Discharge path 20 Exhaust air amount adjustment mechanism 21 Desulfurization temperature detector 22 Controller 23 Heat recovery heat exchanger

Claims (6)

燃料電池から排出される可燃成分を含むアノードオフガスと、空気供給装置から燃焼空気供給経路を介して供給される空気とを用いて燃焼する燃焼器と、
前記燃焼器の燃焼によって加熱されて、原料流量調節器により流量調節された炭化水素系の原料を水蒸気改質して、前記燃料電池の発電に使用する水素含有ガスを生成する改質器と、
前記原料流量調節器と前記改質器との間の前記原料の流路に位置して、前記改質器の熱の影響を受けて所定温度に加熱されるように前記改質器の近傍に配置され、前記改質器で生成された水素含有ガスの一部と前記原料流量調節器からの前記原料とが供給されて、原料中の硫黄分を水添脱硫方式で除去する水添脱硫器と、
前記空気供給装置から前記燃焼空気供給経路に供給される空気のうちの少なくとも一部が通流するように前記燃焼空気供給経路の途中の第１分岐点から分岐し前記第１分岐点よりも下流の第１合流点で前記燃焼空気供給経路に合流する冷却空気供給経路と、
前記水添脱硫器と熱交換可能に前記冷却空気供給経路の途中に設けられ、前記冷却空気供給経路を通流する空気が内部を通流して前記水添脱硫器を冷却する水添脱硫冷却器と、
前記冷却空気供給経路における前記水添脱硫冷却器の空気の出口部と前記第１合流点との間の空気供給経路または前記燃焼空気供給経路における前記第１合流点と前記燃焼器の空気の入口部との間の空気供給経路のいずれか一方の空気供給経路から分岐して、前記燃焼器に供給される空気流量が安定燃焼の維持に必要な空気流量を超過しないように超過分の空気を途中で排出するための排出経路と、
前記燃焼空気供給経路から前記排出経路への分岐点となる第２分岐点と前記燃焼器の空気の入口部との間の前記燃焼空気供給経路を通流する空気流量を計測する燃焼空気流量計と、
前記水添脱硫器の温度を検出する脱硫温度検出器と、
前記第１分岐点から前記冷却空気供給経路へ分岐する空気の分岐量を調整する冷却空気量調整機構と、
前記第２分岐点から前記排出経路へ分岐する空気の分岐量を調整する排出空気量調整機構と、
を備え、
前記冷却空気量調整機構は、前記脱硫温度検出器により検出する前記水添脱硫器の温度が、前記水添脱硫器の上限温度に基づいて前記上限温度を超えないように設定された第１温度閾値を超える温度に上昇すると、前記第１分岐点から前記冷却空気供給経路へ分岐する空気の分岐量を増やし、
前記排出空気量調整機構は、前記燃焼空気流量計により計測する空気流量が、前記原料流量調節器の原料流量または前記燃料電池の発電量のいずれかに応じた前記燃焼器の安定燃焼の維持に必要な空気流量を超過すると、超過分の空気が前記排出経路から排出されるように前記第２分岐点から前記排出経路へ分岐する空気の分岐量を増やし、
前記空気供給装置は、前記燃焼空気流量計により計測する空気流量が、前記原料流量調節器の原料流量または前記燃料電池の発電量のいずれかに応じた前記燃焼器の安定燃焼の維持に必要な空気流量を下回わらないように前記燃焼空気供給経路に空気を供給する、
燃料電池システム。 A combustor that burns using an anode off-gas containing a combustible component discharged from the fuel cell, and air supplied from an air supply device via a combustion air supply path;
A reformer that generates a hydrogen-containing gas to be used for power generation of the fuel cell by steam reforming a hydrocarbon-based raw material heated by combustion of the combustor and flow-regulated by a raw material flow regulator;
Located in the flow path of the raw material between the raw material flow controller and the reformer, in the vicinity of the reformer so as to be heated to a predetermined temperature under the influence of the heat of the reformer A hydrodesulfurizer that is disposed and is supplied with a part of the hydrogen-containing gas generated in the reformer and the raw material from the raw material flow controller, and removes sulfur in the raw material by a hydrodesulfurization method When,
Branching from a first branch point in the middle of the combustion air supply path and downstream from the first branch point so that at least a part of the air supplied from the air supply device to the combustion air supply path flows. A cooling air supply path that merges with the combustion air supply path at a first merging point of
A hydrodesulfurization cooler that is provided in the middle of the cooling air supply path so as to be able to exchange heat with the hydrodesulfurization apparatus, and in which air flowing through the cooling air supply path flows through the interior to cool the hydrodesulfurization apparatus When,
The air supply path between the air outlet of the hydrodesulfurization cooler in the cooling air supply path and the first confluence, or the first confluence in the combustion air supply path and the air inlet of the combustor Branch from any one of the air supply paths between the air flow path and the excess air flow so that the air flow rate supplied to the combustor does not exceed the air flow rate required to maintain stable combustion. A discharge route for discharging along the way,
Combustion air flow meter for measuring the flow rate of air flowing through the combustion air supply path between the second branch point serving as a branch point from the combustion air supply path to the discharge path and the air inlet of the combustor When,
A desulfurization temperature detector for detecting the temperature of the hydrodesulfurizer;
A cooling air amount adjusting mechanism that adjusts the amount of air branched from the first branch point to the cooling air supply path;
A discharge air amount adjusting mechanism for adjusting a branch amount of air branched from the second branch point to the discharge path;
With
The cooling air amount adjusting mechanism has a first temperature set so that the temperature of the hydrodesulfurizer detected by the desulfurization temperature detector does not exceed the upper limit temperature based on the upper limit temperature of the hydrodesulfurizer. When the temperature rises above the threshold, the amount of air branching from the first branch point to the cooling air supply path is increased,
The exhaust air amount adjusting mechanism is for maintaining stable combustion of the combustor according to whether the air flow rate measured by the combustion air flow meter is either the raw material flow rate of the raw material flow rate controller or the power generation amount of the fuel cell. When the required air flow rate is exceeded, the amount of air branching from the second branch point to the discharge path is increased so that excess air is discharged from the discharge path,
The air supply device is required to maintain stable combustion of the combustor according to either the raw material flow rate of the raw material flow rate controller or the power generation amount of the fuel cell, as measured by the combustion air flow meter. Supplying air to the combustion air supply path so as not to fall below the air flow rate;
Fuel cell system. 前記冷却空気量調整機構は、前記冷却空気供給経路の途中に設けられて空気の流路を開閉するものである、請求項１に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1, wherein the cooling air amount adjusting mechanism is provided in the middle of the cooling air supply path to open and close an air flow path. 前記燃焼空気供給経路における前記第１分岐点と前記第１合流点との間に流路抵抗を調節可能な流路抵抗体を備え、
前記流路抵抗体は、前記冷却空気量調整機構が前記第１分岐点から前記冷却空気供給経路へ分岐する空気の分岐量を増やす時に、前記燃焼空気供給経路における前記第１分岐点
と前記第１合流点との間の空気流量が前記冷却空気供給経路での空気流量の増量分だけ減るように前記燃焼空気供給経路における前記第１分岐点と前記第１合流点との間の流路抵抗を大きくし、前記冷却空気量調整機構が前記第１分岐点から前記冷却空気供給経路へ分岐する空気の分岐量を減らす時に、前記燃焼空気供給経路における前記第１分岐点と前記第１合流点との間の空気流量が前記冷却空気供給経路での空気流量の減量分だけ増えるように前記燃焼空気供給経路における前記第１分岐点と前記第１合流点との間の流路抵抗を小さくする、請求項２に記載の燃料電池システム。 A flow path resistor capable of adjusting a flow path resistance between the first branch point and the first merge point in the combustion air supply path;
The flow path resistor includes the first branch point and the first branch point in the combustion air supply path when the cooling air amount adjusting mechanism increases the amount of air branching from the first branch point to the cooling air supply path. Flow path resistance between the first branch point and the first junction point in the combustion air supply path so that the air flow rate between the first junction point and the air flow quantity in the cooling air supply path is reduced by an increase in the air flow rate. When the cooling air amount adjusting mechanism reduces the amount of air branching from the first branch point to the cooling air supply path, the first branch point and the first junction point in the combustion air supply path The flow resistance between the first branch point and the first junction point in the combustion air supply path is reduced so that the air flow rate between the first and second merging points increases by the amount of decrease in the air flow rate in the cooling air supply path. Of claim 2 Charge the battery system. 前記燃料電池が所定発電量より小さい発電量で発電しているのみ前記排出経路から空気を排出するように、前記燃料電池が所定発電量より小さい発電量で発電している場合は、前記空気供給装置が前記燃焼空気供給経路に前記燃料電池の発電量に関係なく所定発電量での前記燃焼器の安定燃焼の維持に必要な空気流量と略同量の一定の空気流量で空気を供給する、請求項３に記載の燃料電池システム。   When the fuel cell is generating power with a power generation amount smaller than the predetermined power generation amount so that air is discharged from the discharge path only when the fuel cell is generating power with a power generation amount smaller than the predetermined power generation amount, the air supply The apparatus supplies air to the combustion air supply path at a constant air flow rate that is substantially the same as the air flow rate required to maintain stable combustion of the combustor at a predetermined power generation amount regardless of the power generation amount of the fuel cell. The fuel cell system according to claim 3. 前記空気供給装置が前記燃焼空気供給経路に空気を供給する時は、前記燃料電池の発電量に関係なく常に前記排出経路から空気を排出するように、前記空気供給装置が前記燃焼空気供給経路に前記燃料電池の発電量に関係なく最大発電時での前記燃焼器の安定燃焼の維持に必要な空気流量を超える一定の空気流量で空気を供給する、請求項３に記載の燃料電池システム。   When the air supply apparatus supplies air to the combustion air supply path, the air supply apparatus is connected to the combustion air supply path so that air is always discharged from the discharge path regardless of the power generation amount of the fuel cell. The fuel cell system according to claim 3, wherein air is supplied at a constant air flow rate that exceeds an air flow rate necessary for maintaining stable combustion of the combustor at the time of maximum power generation regardless of the power generation amount of the fuel cell. 前記燃焼器からの燃焼排ガスを排出する燃焼排ガス経路と、前記燃焼排ガス経路に配置され、前記燃焼排ガスの熱を回収する熱回収熱交換器と、をさらに備え、
前記排出経路は、前記冷却空気供給経路における前記水添脱硫冷却器の空気の出口部と前記第１合流点との間の前記第２分岐点で前記冷却空気供給経路から分岐して、前記燃焼排ガス経路における前記熱回収熱交換器よりも前記燃焼排ガスの上流の第２合流点に合流するよう構成され、
前記排出空気量調整機構は、前記冷却空気量調整機構が前記第１分岐点から前記冷却空気供給経路へ分岐する空気の分岐量を増やす時に、前記第２分岐点から前記排出経路へ分岐する空気の分岐量を増やし、
前記空気供給装置は、前記冷却空気量調整機構が前記第１分岐点から前記冷却空気供給経路へ分岐する空気の分岐量を増やす時に、前記燃焼空気供給経路に供給する空気の空気流量を増やす、請求項１または２に記載の燃料電池システム。 A combustion exhaust gas path for discharging the combustion exhaust gas from the combustor; and a heat recovery heat exchanger disposed in the combustion exhaust gas path for recovering the heat of the combustion exhaust gas,
The discharge path branches from the cooling air supply path at the second branch point between the air outlet of the hydrodesulfurization cooler in the cooling air supply path and the first confluence, and the combustion The heat recovery heat exchanger in the exhaust gas path is configured to join a second junction point upstream of the combustion exhaust gas,
The exhaust air amount adjustment mechanism is configured to air that branches from the second branch point to the discharge path when the cooling air amount adjustment mechanism increases a branch amount of air that branches from the first branch point to the cooling air supply path. Increase the amount of branching
The air supply device increases an air flow rate of air supplied to the combustion air supply path when the cooling air amount adjusting mechanism increases an amount of air branching from the first branch point to the cooling air supply path. The fuel cell system according to claim 1 or 2.

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