JP5551954B2 - Fuel cell power generator - Google Patents

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Description

本発明は、収納容器内に、炭化水素系の原燃料と水蒸気とが供給されて原燃料を改質処理する改質器と、その改質器にて改質処理されて生成された改質ガスと酸素含有ガスとが供給されてそれらを発電反応させて発電する燃料電池部と、その燃料電池部から発電反応したのちに排出される排改質ガスと排酸素含有ガスとを混合させて排改質ガス中の可燃成分を燃焼させる燃焼部とが設けられ、前記改質器が、前記燃焼部での燃焼により発生する燃焼熱を用いて原燃料の改質処理を行うように構成された燃料電池発電装置に関する。   The present invention provides a reformer that reforms a raw fuel by supplying hydrocarbon-based raw fuel and steam into a storage container, and a reformer that is generated by reforming the reformer. A fuel cell unit that is supplied with a gas and an oxygen-containing gas and generates power by reacting them, and an exhaust reformed gas and an exhaust oxygen-containing gas that are discharged after the power generation reaction from the fuel cell unit is mixed A combustor that combusts combustible components in the exhaust reformed gas, and the reformer is configured to perform a reforming process of the raw fuel using combustion heat generated by combustion in the combustor. The present invention relates to a fuel cell power generator.

かかる燃料電池発電装置は、収納容器内に改質器、燃料電池部及び燃焼部が設けられて、燃料電池部により、改質器にて改質処理されて生成された改質ガスと外部から供給される酸素含有ガスとを発電反応させて発電するものである。そして、燃焼部では、燃料電池部から排出される排改質ガスと排酸素含有ガスとを混合させて、排改質ガス中の可燃成分を燃焼させ、改質器では、燃焼部での燃焼により発生する燃焼熱を用いて、原燃料を水蒸気により改質処理する。
燃料電池部としては、例えば、固体電解質を用いた固体酸化物形の燃料電池部が用いられる。 Such a fuel cell power generator is provided with a reformer, a fuel cell unit, and a combustion unit in a storage container, and the reformed gas generated by the reforming process by the reformer by the fuel cell unit and the outside A power generation reaction is performed with the supplied oxygen-containing gas to generate power. In the combustion section, the exhaust reformed gas and the exhaust oxygen-containing gas discharged from the fuel cell section are mixed to burn the combustible component in the exhaust reformed gas. In the reformer, the combustion in the combustion section The raw fuel is reformed with steam using the combustion heat generated by the above.
As the fuel cell unit, for example, a solid oxide fuel cell unit using a solid electrolyte is used.

ところで、このような燃料電池発電装置では、燃焼部での燃焼が不安定になって燃焼不良が発生すると、燃焼部での燃焼温度が低下し、それに伴い改質器での改質処理が適正に行われなくなって、正常な運転が困難となる場合がある。従って、燃焼部で燃焼不良が発生するとその燃焼不良を解消するための対策を講じて、燃焼部での燃焼を安定化させる必要がある。
そこで、従来では、燃焼部に、着火用ヒータ（電気ヒータ）を設け、燃焼部で燃焼不良が発生すると着火用ヒータを作動させることにより、燃焼部での燃焼不良を解消して燃焼を安定化させるように構成されたものがあった（例えば、特許文献１参照。）。 By the way, in such a fuel cell power generator, when combustion in the combustion section becomes unstable and combustion failure occurs, the combustion temperature in the combustion section decreases, and accordingly, the reforming process in the reformer is appropriate. In some cases, normal operation is difficult. Therefore, when a combustion failure occurs in the combustion section, it is necessary to take measures to eliminate the combustion failure and stabilize the combustion in the combustion section.
Therefore, conventionally, an ignition heater (electric heater) is provided in the combustion section, and when a combustion failure occurs in the combustion section, the ignition heater is operated to eliminate the combustion failure in the combustion section and stabilize the combustion. There was what was comprised so that it might make (for example, refer patent document 1).

又、燃焼部で燃焼不良が発生すると、燃料電池部の発電出力である目標出力は変化させない状態で、改質器への原燃料の供給量及び水蒸気の供給量並びに燃料電池部への酸素含有ガスの供給量を増加させて、燃料電池部からの排改質ガス及び排酸素含有ガスの排出量を増加させることにより、燃焼部での燃焼量を増加させ、それによって、燃焼部の燃焼温度を高温化して燃焼不良を解消するように構成されたものもあった。   In addition, when a combustion failure occurs in the combustion section, the target output, which is the power generation output of the fuel cell section, is not changed, and the supply amount of raw fuel and water vapor to the reformer, and the oxygen content in the fuel cell section are included. Increasing the amount of gas supplied and increasing the amount of exhaust reformed gas and exhaust oxygen-containing gas from the fuel cell unit increases the amount of combustion in the combustion unit, thereby increasing the combustion temperature of the combustion unit. Some have been configured to eliminate the poor combustion by raising the temperature.

特開２００７−２４２６２６号公報JP 2007-242626 A

しかしながら、燃焼部で燃焼不良が発生した場合に着火用ヒータを作動させるものでは、着火用ヒータの電力消費量が多くなって、燃料電池発電装置のエネルギ効率（例えば、投入エネルギ量に対する出力エネルギ量の比率）が低下するという問題があった。
又、着火用ヒータの近くの部材が繰り返し局部的に一段と高温に加熱されることから、その着火用ヒータの近くの部材の劣化が早まる虞があり、燃料電池全体としての耐久性が低下する虞もあった。 However, if the ignition heater is operated when a combustion failure occurs in the combustion section, the power consumption of the ignition heater increases, and the energy efficiency of the fuel cell power generation device (for example, the output energy amount relative to the input energy amount) There was a problem that the ratio) decreased.
In addition, since the member near the ignition heater is repeatedly and locally heated to a higher temperature, there is a risk that the member near the ignition heater will be quickly deteriorated, and the durability of the entire fuel cell may be reduced. There was also.

又、燃焼部で燃焼不良が発生した場合に、燃料電池部の発電出力である目標出力は変化させない状態で、改質器への原燃料供給量及び水蒸気供給量並びに燃料電池部への酸素含有ガス供給量を増加させるものでは、以下に説明を加えるように、それらの増加が燃焼部での燃焼量増加に迅速に反映されないので、燃焼部の燃焼不良を迅速に解消することができなかった。
即ち、改質器への原燃料供給量及び水蒸気供給量を増加することにより、改質器で改質処理されて生成された改質ガスが増加しても、そのように増加した改質ガスが燃料電池部に供給されたのちその燃料電池部から排出されることによって、排改質ガスが増加して燃焼部での燃焼量が増加するので、迅速に燃焼部での燃焼量の増加に反映されず、燃焼部の燃焼不良を迅速に解消することができなかった。
しかも、改質器への原燃料供給量及び水蒸気供給量を増加させる場合に、それらの増加率が大きくなると、改質器内の温度分布が変化して、改質処理反応が却って不安定になる虞もあり、それが原因で、改質ガスの増加が更に遅くなって、燃焼部での燃焼量の増加が更に遅れることになり、燃焼部の燃焼不良を迅速に解消することができなかった。 In addition, when a combustion failure occurs in the combustion section, the target output, which is the power generation output of the fuel cell section, remains unchanged, and the raw fuel supply amount and steam supply amount to the reformer and the oxygen content in the fuel cell section are not changed. In the case of increasing the gas supply amount, as described below, since the increase is not immediately reflected in the increase in the combustion amount in the combustion part, the combustion failure in the combustion part could not be solved quickly. .
That is, even if the amount of reformed gas generated by reforming in the reformer increases by increasing the raw fuel supply amount and the steam supply amount to the reformer, the reformed gas thus increased Is supplied to the fuel cell unit and then discharged from the fuel cell unit, so that the exhaust reformed gas increases and the amount of combustion in the combustion unit increases, so that the amount of combustion in the combustion unit rapidly increases. It was not reflected, and the combustion failure in the combustion part could not be quickly resolved.
In addition, when increasing the raw fuel supply amount and the steam supply amount to the reformer, if the increase rate increases, the temperature distribution in the reformer changes and the reforming reaction becomes unstable instead. As a result, the increase in the reformed gas is further delayed, and the increase in the amount of combustion in the combustion section is further delayed, so that the combustion failure in the combustion section cannot be resolved quickly. It was.

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、エネルギ効率の低下及び耐久性の低下を回避しながら、燃焼部での燃焼不良を迅速に解消することにより運転を安定化し得る燃料電池発電装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and its purpose is to stabilize the operation by quickly eliminating the combustion failure in the combustion section while avoiding the decrease in energy efficiency and the decrease in durability. The object is to provide a fuel cell power generator.

本発明に係る燃料電池発電装置は、収納容器内に、炭化水素系の原燃料と水蒸気とが供給されて原燃料を改質処理する改質器と、その改質器にて改質処理されて生成された改質ガスと酸素含有ガスとが供給されてそれらを発電反応させて発電する燃料電池部と、その燃料電池部から発電反応したのちに排出される排改質ガスと排酸素含有ガスとを混合させて排改質ガス中の可燃成分を燃焼させる燃焼部とが設けられ、前記改質器が、前記燃焼部での燃焼により発生する燃焼熱を用いて原燃料の改質処理を行うように構成されたものであって、
その特徴構成は、前記燃焼部の燃焼不良を検出する燃焼不良検出手段と、
前記燃料電池部の発電出力を調整自在な発電出力調整手段と、
前記燃焼不良検出手段により前記燃焼不良が検出された場合に、前記改質器への原燃料供給量及び水蒸気供給量並びに前記燃料電池部への酸素含有ガス供給量夫々を、前記燃焼不良時における発電出力に対して前記燃焼不良を解消するために必要な増大量よりも少ない量で増大させ、且つ、前記燃料電池部の発電出力を低下側に変更調整すべく前記発電出力調整手段の作動を制御する制御手段とが設けられている点にある。 A fuel cell power generator according to the present invention is provided with a reformer for reforming raw fuel by supplying hydrocarbon-based raw fuel and steam into a storage container, and the reformer performs the reforming process. A reformed gas and an oxygen-containing gas generated in this way, and a fuel cell unit that generates and reacts by generating electricity, and an exhaust reformed gas and an oxygen-containing gas that are discharged after a power generation reaction from the fuel cell unit A combustor that mixes gas and combusts combustible components in the exhaust reformed gas, and the reformer reforms raw fuel using combustion heat generated by combustion in the combustor. Is configured to perform:
The characteristic configuration includes a combustion failure detection means for detecting a combustion failure in the combustion section,
A power generation output adjusting means capable of adjusting a power generation output of the fuel cell unit;
When the combustion failure is detected by the combustion failure detection means, the raw fuel supply amount and the steam supply amount to the reformer and the oxygen-containing gas supply amount to the fuel cell unit are respectively determined at the time of the combustion failure. The power generation output adjusting means is operated to increase the power generation output by an amount smaller than the increase necessary to eliminate the combustion failure, and to change and adjust the power generation output of the fuel cell unit to the lower side. And a control means for controlling.

上記特徴構成によれば、制御手段は、燃焼不良検出手段により燃焼不良が検出された場合に、改質器への原燃料供給量及び水蒸気供給量並びに燃料電池部への酸素含有ガス供給量夫々を、燃焼不良時における発電出力に対して燃焼部の燃焼不良を解消するために必要な増大量よりも少ない量で増大させ、且つ、燃料電池部の発電出力を低下側に変更調整すべく発電出力調整手段の作動を制御する。
ここで、改質器への原燃料供給量及び水蒸気供給量夫々の増大量、並びに、燃料電池部への酸素含有ガス供給量の増大量は、燃料電池部の発電出力である目標出力を変化させない状態で燃焼部を高温化して、燃焼不良を解消するために必要な増大量よりも少ない量に設定される。
すると、改質器への原燃料供給量及び水蒸気供給量並びに燃料電池部への酸素含有ガス供給量夫々が増加し、並びに、燃料電池部の発電出力を低下させる分、燃料電池部から排出される排改質ガスの量及び排酸素含有ガスの量が増加すると共に、排改質ガス中の可燃成分の量及び排酸素含有ガス中の酸素の量が増加して、燃焼部での燃焼量が増加するので、燃焼部が高温化して燃焼不良が解消される。
しかも、燃料電池部の発電出力の低下は、迅速に排改質ガス中の可燃成分及び排酸素含有ガス中の酸素の増加に反映されて、燃焼部での燃焼量が迅速に増加するので、燃焼温度を迅速に高温化することができ、燃焼部の燃焼不良を迅速に解消することができる。 According to the above characteristic configuration, the control means detects the raw fuel supply amount and the steam supply amount to the reformer and the oxygen-containing gas supply amount to the fuel cell unit when the combustion failure is detected by the combustion failure detection means. Is increased by an amount smaller than the increase required to eliminate the combustion failure of the combustion section with respect to the power generation output at the time of combustion failure, and the power generation output is adjusted to change and adjust the power generation output of the fuel cell section to the lower side. Controls the operation of the output adjusting means.
Here, the increase amount of the raw fuel supply amount and the steam supply amount to the reformer, and the increase amount of the oxygen-containing gas supply amount to the fuel cell unit change the target output which is the power generation output of the fuel cell unit. The amount is set to an amount smaller than the amount of increase required to raise the temperature of the combustion section in a state in which the combustion does not occur and to eliminate defective combustion.
Then, the raw fuel supply amount and the steam supply amount to the reformer and the oxygen-containing gas supply amount to the fuel cell unit are increased, and the power generation output of the fuel cell unit is reduced, and the fuel cell unit is discharged from the fuel cell unit. As the amount of exhaust reformed gas and the amount of exhaust oxygen-containing gas increases, the amount of combustible components in the exhaust reformed gas and the amount of oxygen in the exhaust oxygen-containing gas increase, and the amount of combustion in the combustion section Therefore, the combustion section is heated to a high temperature and combustion failure is eliminated.
Moreover, the decrease in the power generation output of the fuel cell part is quickly reflected in the increase in the combustible components in the exhaust reformed gas and the oxygen in the exhaust oxygen-containing gas, and the amount of combustion in the combustion part rapidly increases. The combustion temperature can be quickly increased, and the combustion failure in the combustion section can be quickly eliminated.

ちなみに、一般に、このような燃料電池発電装置は、負荷電力に対して燃料電池発電装置の発電出力では不足する分を補うために、燃料電池部が商用系統に連系されるので、上述のように、燃料電池部の発電出力を低下させることにより、負荷電力に対して燃料電池発電装置の発電出力が不足しても、その不足分は商用系統から補われることになる。   Incidentally, in general, in such a fuel cell power generator, the fuel cell unit is linked to a commercial system in order to make up for the shortage of the power generation output of the fuel cell power generator with respect to the load power. In addition, by reducing the power generation output of the fuel cell unit, even if the power generation output of the fuel cell power generation device is insufficient with respect to the load power, the shortage is compensated from the commercial system.

そして、改質器への原燃料供給量及び水蒸気供給量夫々を増大させるにしても、その増大量は少ないので、改質器内の温度分布の変化を極力小さくすることができて、改質器での改質処理を安定して行うことができる。
又、燃焼部の燃焼不良を解消するために着火用ヒータを作動させることがないので、その着火用ヒータの消費電力の増加に起因したエネルギ効率の低下、並びに、その着火用ヒータによる局部加熱に起因した耐久性の低下を回避することができる。
従って、エネルギ効率の低下及び耐久性の低下を回避しながら、燃焼部での燃焼不良を迅速に解消することにより運転を安定化し得る燃料電池発電装置を提供することができるようになった。 Even if the raw fuel supply amount and the steam supply amount to the reformer are increased, since the increase amounts are small, the change in the temperature distribution in the reformer can be minimized and the reforming can be performed. The reforming process in the vessel can be performed stably.
In addition, since the ignition heater is not operated in order to eliminate the defective combustion in the combustion section, energy efficiency is reduced due to the increase in power consumption of the ignition heater, and local heating by the ignition heater is performed. The resulting deterioration in durability can be avoided.
Accordingly, it is possible to provide a fuel cell power generator capable of stabilizing the operation by quickly eliminating the combustion failure in the combustion section while avoiding the decrease in energy efficiency and the decrease in durability.

本発明に係る燃料電池発電装置の更なる特徴構成は、
前記燃料電池部が、改質ガスが通流する燃料通流部と酸素含有ガスが通流する酸素含有ガス通流部とを備えた複数のセルを前記燃料通流部及び前記酸素含有ガス通流部夫々のガス排出口が上向きになる姿勢で配列して構成され、
前記改質器が、前記燃料電池部の上方に配設され、前記改質器と前記燃料電池部との空間が、各セルの前記燃料通流部及び前記酸素含有ガス通流部夫々のガス排出口から排出される排改質ガスと排酸素含有ガスとを燃焼させる燃焼空間である前記燃焼部として構成されている点にある。 A further characteristic configuration of the fuel cell power generator according to the present invention is as follows:
The fuel cell section includes a plurality of cells each having a fuel flow section through which the reformed gas flows and an oxygen-containing gas flow section through which the oxygen-containing gas flows, and the fuel flow section and the oxygen-containing gas flow path. The gas outlets of each flow part are arranged in an upward orientation,
The reformer is disposed above the fuel cell unit, and the space between the reformer and the fuel cell unit is a gas in each of the fuel flow part and the oxygen-containing gas flow part of each cell. It exists in the point comprised as the said combustion part which is a combustion space which burns the exhaust reformed gas and exhaust-oxygen containing gas discharged | emitted from an exhaust port.

上記特徴構成によれば、複数のセルの燃料通流部及び酸素含有ガス通流部夫々の上向きのガス排出口から、改質器と燃料電池部との空間に向けて排改質ガス及び排酸素含有ガスが排出されて、その空間においてそれら排改質ガス及び排酸素含有ガスが混合して排改質ガス中の可燃成分が燃焼する。すなわち、改質器と燃料電池部との空間が、排改質ガスと排酸素含有ガスとが燃焼する燃焼空間である燃焼部として構成されている。
そして、その燃焼により発生した燃焼ガスは、上方に流動して燃焼空間の上方の改質器に当たって改質器が加熱されて、その改質器において原燃料が改質処理される。 According to the above characteristic configuration, the exhaust reformed gas and the exhaust gas are discharged from the upward gas discharge port of each of the plurality of cells into the space between the reformer and the fuel cell unit. The oxygen-containing gas is discharged, and the exhaust reformed gas and the exhaust oxygen-containing gas are mixed in the space to burn the combustible component in the exhaust reformed gas. That is, the space between the reformer and the fuel cell unit is configured as a combustion unit that is a combustion space in which the exhaust reformed gas and the exhaust oxygen-containing gas burn.
The combustion gas generated by the combustion flows upward and strikes the reformer above the combustion space to heat the reformer, and the raw fuel is reformed in the reformer.

本発明に係る燃料電池発電装置の更なる特徴構成は、
前記燃焼不良検出手段が、前記燃焼部の温度を検出する温度センサにて構成され、
前記制御手段が、前記温度センサの検出温度が燃焼不良検出用の設定温度よりも低い場合に、前記燃焼部が燃焼不良であると判別するように構成されている点にある。 A further characteristic configuration of the fuel cell power generator according to the present invention is as follows:
The defective combustion detection means is constituted by a temperature sensor that detects the temperature of the combustion part,
The control means is configured to discriminate that the combustion section has a combustion failure when a temperature detected by the temperature sensor is lower than a set temperature for detecting a combustion failure.

上記特徴構成によれば、制御手段は、温度センサの検出温度が燃焼不良検出用の設定温度よりも低い場合に、燃焼部が燃焼不良であると判別する。
つまり、燃焼部の燃焼が不安定になると燃焼温度が低下するので、燃焼部の温度に基づいて、燃焼部の燃焼不良を検出することができるのである。
そして、通常は、燃焼部の温度を管理するために、燃焼部の温度を検出する温度センサは元々設けられているものである。
そこで、元々設けられている温度センサを用いて燃焼不良検出手段を構成することにより、燃料電池発電装置の低廉化を図ることができる。 According to the above characteristic configuration, the control unit determines that the combustion unit has a combustion failure when the temperature detected by the temperature sensor is lower than the set temperature for detecting the combustion failure.
That is, when the combustion in the combustion section becomes unstable, the combustion temperature decreases, so that it is possible to detect a combustion failure in the combustion section based on the temperature of the combustion section.
Usually, in order to manage the temperature of the combustion section, a temperature sensor for detecting the temperature of the combustion section is originally provided.
Therefore, by configuring the combustion failure detection means using the temperature sensor originally provided, it is possible to reduce the cost of the fuel cell power generation device.

燃料電池発電装置の全体構成を示す図Diagram showing the overall configuration of the fuel cell power generator 燃料電池発電装置の制御動作のフローチャートを示す図The figure which shows the flowchart of the control action of a fuel cell power generator エネルギ出力状態を示す図Diagram showing energy output status 発電出力調整処理を実行したときの燃焼空間温度及び出力電流夫々の時間経過に伴う変動を示す図The figure which shows the fluctuation | variation with time passage of each combustion space temperature and output current when power generation output adjustment processing is performed 原燃料増大処理を実行したときの燃焼空間温度及び原燃料流量夫々の時間経過に伴う変動を示す図The figure which shows the fluctuation | variation with time passage of each combustion space temperature and raw fuel flow volume when raw fuel increase processing is performed

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
図１に示すように、この燃料電池装置は、都市ガス等の炭化水素系の原燃料を脱硫する脱硫器１と、改質水タンク２から供給される改質水から水蒸気を生成する気化器３と、気化器３にて生成された水蒸気を用いて脱硫器１にて脱硫された原燃料を水蒸気改質する改質器４と、改質器４から改質反応により生成された改質ガスが供給され且つブロア５から酸素含有ガスとしての空気が供給されてそれらを発電反応させて発電する燃料電池部Ｇと、その燃料電池部Ｇから発電反応したのちに排出される排改質ガスと排空気とを混合させて排改質ガス中の可燃成分を燃焼させる燃焼部６と、燃料電池部Ｇの出力電力を調整自在な発電出力調整手段としてのインバータ８と、この燃料電池発電装置の運転を制御する制御手段としての制御部９とを備えて構成されている。尚、インバータ８は、燃料電池部Ｇの出力電力を商用系統（図示省略）から受電する受電電力と同じ電圧及び同じ周波数にするように構成されている。
そして、気化器３、改質器４、燃料電池部Ｇ、及び、燃焼部６は、収納容器１０内に収納され、改質器４が、燃焼部６での燃焼により発生する燃焼熱を用いて原燃料の改質処理を行うように構成されている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, this fuel cell device includes a desulfurizer 1 that desulfurizes a hydrocarbon-based raw fuel such as city gas, and a vaporizer that generates steam from reformed water supplied from a reformed water tank 2. 3, a reformer 4 for steam reforming the raw fuel desulfurized by the desulfurizer 1 using the steam generated by the vaporizer 3, and the reformer generated by the reforming reaction from the reformer 4 A fuel cell unit G that is supplied with gas and supplied with air as an oxygen-containing gas from the blower 5 to generate power by reacting them, and an exhaust reformed gas that is discharged after the power generation reaction from the fuel cell unit G And a combustion unit 6 for combusting combustible components in the exhaust reformed gas by mixing the exhaust gas and the exhaust air, an inverter 8 as a power generation output adjusting means capable of adjusting the output power of the fuel cell unit G, and the fuel cell power generator And a control unit 9 as a control means for controlling the operation of It is configured Te. The inverter 8 is configured so that the output power of the fuel cell unit G is set to the same voltage and the same frequency as the received power received from a commercial system (not shown).
The vaporizer 3, the reformer 4, the fuel cell unit G, and the combustion unit 6 are accommodated in the storage container 10, and the reformer 4 uses the combustion heat generated by the combustion in the combustion unit 6. The raw fuel is reformed.

原燃料は、昇圧ポンプ１１の作動により原燃料供給路１２を通して脱硫器１に供給される。改質水タンク２の改質水は、改質水ポンプ１３の作動により改質水供給路１４を通して気化器３に供給される。そして、原燃料供給路１２において脱硫器１よりも下流側部位が改質水供給路１４の途中部位に合流されており、収納容器１０外にて合流された改質水と原燃料とが収納容器１０内に備えられた気化器３に供給される。また、気化器３にて生成された水蒸気を含む原燃料は、水蒸気含有原燃料供給路１５を通して改質器４に供給されて、その改質器４にて原燃料が水蒸気改質されて水素ガスを主成分とする改質ガスが生成される。
改質器４にて生成された改質ガスは、改質ガス供給路１６を通して燃料電池部Ｇへ供給される。 The raw fuel is supplied to the desulfurizer 1 through the raw fuel supply path 12 by the operation of the booster pump 11. The reforming water in the reforming water tank 2 is supplied to the vaporizer 3 through the reforming water supply path 14 by the operation of the reforming water pump 13. In the raw fuel supply path 12, the downstream part of the desulfurizer 1 is joined to the middle part of the reforming water supply path 14, and the reformed water and raw fuel joined together outside the storage container 10 are stored. It is supplied to the vaporizer 3 provided in the container 10. The raw fuel containing water vapor generated in the vaporizer 3 is supplied to the reformer 4 through the steam-containing raw fuel supply passage 15, and the raw fuel is steam-reformed in the reformer 4 to be hydrogen. A reformed gas composed mainly of gas is generated.
The reformed gas generated in the reformer 4 is supplied to the fuel cell unit G through the reformed gas supply path 16.

燃料電池部Ｇは、改質ガスが通流する燃料通流部１７と空気が通流する酸素含有ガス通流部としての空気通流部１８とを備えた複数の固体酸化物形のセル１９を電気的に直列接続された状態で備えたセルスタックにて構成されている。
図示は省略するが、セル１９は、燃料極と空気極との間に固体電解質層を備えた固体酸化物形に構成され、燃料通流部１７を改質ガスが通流することで燃料極に改質ガスが供給され、空気通流部１８を空気が通流することで空気極に空気が供給される。
そして、そのような燃料電池部Ｇが、複数のセル１９が燃料通流部１７の改質ガス排出口１７ｅ（ガス排出口に相当する）及び空気通流部１８の空気排出口１８ｅ（ガス排出口に相当する）が上向きになる姿勢で配列されて、収納容器１０内に配設されている。 The fuel cell unit G includes a plurality of solid oxide cells 19 including a fuel flow unit 17 through which reformed gas flows and an air flow unit 18 as an oxygen-containing gas flow unit through which air flows. In a state of being electrically connected in series.
Although not shown, the cell 19 is configured in a solid oxide form having a solid electrolyte layer between the fuel electrode and the air electrode, and the reformed gas flows through the fuel flow part 17 so that the fuel electrode flows. The reformed gas is supplied to the air electrode, and the air is supplied to the air electrode by flowing the air through the air flow part 18.
In such a fuel cell unit G, the plurality of cells 19 are connected to the reformed gas discharge port 17e (corresponding to the gas discharge port) of the fuel flow unit 17 and the air discharge port 18e (gas discharge port) of the air flow unit 18. (Corresponding to the outlet) are arranged in an upward orientation and are arranged in the storage container 10.

図１に示すように、燃料電池部Ｇには、改質器４から改質ガス供給路１６を通して供給される改質ガスを受け入れるガスマニホールド２０が備えられており、複数のセル１９は、ガスマニホールド２０の上方側に配列され、ガスマニホールド２０と複数のセル１９における燃料通流部１７の下端のガス導入口（図示省略）とが連通接続されている。そして、ガスマニホールド２０に供給された改質ガスが複数のセル１９夫々の燃料通流部１７に対して下端のガス導入口から供給されて、各燃料通流部１７を下方側から上方側に通流して発電反応に供され、その発電反応に供されたのちの排改質ガスが上端の改質ガス排出口１７ｅから排出される。   As shown in FIG. 1, the fuel cell unit G is provided with a gas manifold 20 that receives the reformed gas supplied from the reformer 4 through the reformed gas supply path 16. Arranged above the manifold 20, the gas manifold 20 and a gas inlet (not shown) at the lower end of the fuel flow portion 17 in the plurality of cells 19 are connected in communication. Then, the reformed gas supplied to the gas manifold 20 is supplied from the gas introduction port at the lower end to the fuel flow portions 17 of the plurality of cells 19 so that each fuel flow portion 17 is moved from the lower side to the upper side. The exhaust gas is supplied to the power generation reaction through the flow, and the exhaust reformed gas after the power generation reaction is discharged from the reformed gas discharge port 17e at the upper end.

収納容器１０には、空気導入口２１が設けられると共に、その空気導入口２１に、空気供給路２２が接続されて、ブロア５の作動により、空気が空気供給路２２を通して収納容器１０内に供給される。
複数のセル１９夫々における空気通流部１８の下端部近傍には、収納容器１０内と空気通流部１８内とを連通する空気供給孔（図示省略）が設けられている。そして、複数のセル１９夫々の空気通流部１８には収納容器１０内の空気がこの空気供給孔を通して供給されて、各空気通流部１８を下方側から上方側に通流して発電反応に供され、その発電反応に供されたのちの排空気が上端の空気排出口１８ｅから排出される。
ちなみに、セル１９としては、燃料通流部１７及び空気通流部１８を備えた各種の形状や構成のセルが使用可能であり、その形状や構成については上記に限定されるものではない。 The storage container 10 is provided with an air inlet 21, and an air supply path 22 is connected to the air inlet 21, and air is supplied into the storage container 10 through the air supply path 22 by the operation of the blower 5. Is done.
In the vicinity of the lower end portion of the air flow portion 18 in each of the plurality of cells 19, an air supply hole (not shown) that communicates the inside of the storage container 10 and the air flow portion 18 is provided. Then, the air in the storage container 10 is supplied to the air flow portions 18 of each of the plurality of cells 19 through the air supply holes, and each air flow portion 18 flows from the lower side to the upper side to generate a power generation reaction. After being provided and subjected to the power generation reaction, the exhaust air is discharged from the upper air discharge port 18e.
Incidentally, as the cell 19, cells having various shapes and configurations including the fuel flow portion 17 and the air flow portion 18 can be used, and the shape and configuration are not limited to the above.

各セル９が配列されてなるセルスタックと、セルスタックの上方に配置された改質器４との空間が、各セル１９の燃料通流部１７の改質ガス排出口１７ｅから排出される排改質ガスと空気通流部１８の空気排出口１８ｅから排出される排空気とを燃焼させる燃焼空間２３である燃焼部６として構成されている。以下の説明において、燃焼部６を燃焼空間２３として説明する。
そして、燃焼空間２３での排改質ガス中の可燃成分の燃焼により発生する燃焼熱が、改質器４での改質処理に用いられ、並びに、気化器３での水蒸気の生成に用いられる。
又、燃焼空間２３の温度を検出する燃焼空間温度センサ２４（温度センサに相当する）が設けられている。 The space between the cell stack in which the cells 9 are arranged and the reformer 4 disposed above the cell stack is discharged from the reformed gas discharge port 17e of the fuel flow portion 17 of each cell 19. The combustion section 6 is configured as a combustion space 23 in which the reformed gas and exhaust air discharged from the air outlet 18e of the air flow section 18 are combusted. In the following description, the combustion unit 6 will be described as the combustion space 23.
The combustion heat generated by the combustion of the combustible component in the exhaust reformed gas in the combustion space 23 is used for the reforming process in the reformer 4 and is used for the generation of water vapor in the vaporizer 3. .
A combustion space temperature sensor 24 (corresponding to a temperature sensor) for detecting the temperature of the combustion space 23 is provided.

収納容器１０には、燃焼空間２３にて発生した燃焼ガスを外部に排出させる排出部２５が下面部等に形成されている。そして、収納容器１０内には、排出部２５から外部に排出される燃焼排ガス中の一酸化炭素ガスを除去する燃焼触媒部２６（例えば、白金系触媒）が備えられている。   In the storage container 10, a discharge portion 25 that discharges combustion gas generated in the combustion space 23 to the outside is formed on the lower surface portion or the like. And in the storage container 10, the combustion catalyst part 26 (for example, platinum-type catalyst) which removes the carbon monoxide gas in the combustion exhaust gas discharged | emitted from the discharge part 25 outside is provided.

次に、制御部９の制御動作について、説明する。
この制御部９は、燃焼空間温度センサ２４の検出温度が予め設定された燃焼不良検出用の設定温度よりも低くなった場合に、燃焼空間２３の燃焼が不安定になる燃焼不良であると判別するように構成されている。
つまり、燃焼不良検出手段が、燃焼空間温度センサ２４により構成されている。 Next, the control operation of the control unit 9 will be described.
The control unit 9 determines that the combustion in the combustion space 23 is unstable when the temperature detected by the combustion space temperature sensor 24 is lower than a preset temperature for detecting defective combustion. Is configured to do.
That is, the combustion failure detection means is constituted by the combustion space temperature sensor 24.

そして、参考形態では、制御部９は、燃焼空間温度センサ２４の検出温度が燃焼不良検出用の設定温度よりも低くなって燃焼不良であると判別すると、改質器４への原燃料供給量及び水蒸気供給量並びに燃料電池部Ｇへの空気供給量夫々は変更させない状態で、燃料電池部Ｇの発電出力を低下側に変更調整すべくインバータ８の作動を制御する発電出力調整処理を実行するように構成されている。ここで、改質器４への原燃料供給量及び水蒸気供給量並びに燃料電池部への酸素含有ガス供給量夫々は変更させない状態とは、現状の原燃料供給量、水蒸気供給量及び酸素含有ガス供給量をそのまま維持する他、現状の原燃料供給量、水蒸気供給量及び酸素含有ガス供給量を変更させる場合でも、その変更量が微小で、主に発電出力の低下側への変更調整で、燃焼不良を解消できる範囲の変更も含む。
この参考形態では、制御部９は、燃焼空間温度センサ２４の検出温度が設定温度以上になって燃焼が正常であると判別すると（即ち、燃焼不良が検出されなくなった場合に相当する）、改質器４への原燃料供給量及び水蒸気供給量並びに燃料電池部Ｇへの空気供給量夫々は変更させない状態で、燃料電池部Ｇの発電出力を低下側に変更調整する前の元の発電出力となるように調整すべくインバータ８の作動を制御するように構成されている。 Then, in the reference embodiment , when the control unit 9 determines that the detected temperature of the combustion space temperature sensor 24 is lower than the set temperature for detecting the combustion failure and is a combustion failure, the amount of raw fuel supplied to the reformer 4 is determined. In addition, the power generation output adjustment process for controlling the operation of the inverter 8 is executed to change and adjust the power generation output of the fuel cell unit G to the lower side without changing the water supply amount and the air supply amount to the fuel cell unit G. It is configured as follows. Here, the state in which the raw fuel supply amount and the steam supply amount to the reformer 4 and the oxygen-containing gas supply amount to the fuel cell unit are not changed are the current raw fuel supply amount, the steam supply amount, and the oxygen-containing gas. In addition to maintaining the supply amount as it is, even when changing the current raw fuel supply amount, water vapor supply amount and oxygen-containing gas supply amount, the change amount is very small, mainly by adjustment adjustment to the decrease side of power generation output, It includes changes in the range that can eliminate defective combustion.
In this reference embodiment , when the control unit 9 determines that the combustion temperature is normal because the detected temperature of the combustion space temperature sensor 24 is equal to or higher than the set temperature (that is, this corresponds to the case where no combustion failure is detected), the control unit 9 The original power generation output before changing the power generation output of the fuel cell unit G to the lower side without changing the raw fuel supply amount and the water vapor supply amount to the mass device 4 and the air supply amount to the fuel cell unit G, respectively. The operation of the inverter 8 is controlled so as to adjust so that

制御部９の制御動作について、更に説明を加える。
制御部９は、運転開始指令が指令されると、起動用ガス供給路（図示省略）による燃焼空間２３への原燃料の供給を開始すると共にブロア５を作動させ、並びに、点火プラグ（図示省略）を作動させて、燃焼空間２３にて原燃料を燃焼させる起動処理を開始する。
そして、改質器４の温度を検出する改質器温度センサ（図示省略）の検出温度が予め設定された改質開始用の設定温度以上になると、起動用ガス供給路による原燃料の供給を停止して起動処理を終了し、続いて、通常処理を開始する。 The control operation of the control unit 9 will be further described.
When the operation start command is instructed, the control unit 9 starts the supply of raw fuel to the combustion space 23 through the starting gas supply path (not shown), operates the blower 5, and spark plug (not shown). ) Is started, and start-up processing for burning the raw fuel in the combustion space 23 is started.
When the temperature detected by a reformer temperature sensor (not shown) for detecting the temperature of the reformer 4 is equal to or higher than a preset reforming start temperature, the raw fuel is supplied through the starting gas supply path. Stop and end the startup process, then start the normal process.

制御部９は、通常処理では、燃料電池部Ｇの発電出力を目標出力に調整すべくインバータ８の作動を制御し、且つ、改質器４への原燃料供給量、水蒸気の供給量、燃料電池部Ｇへの空気供給量をそれぞれ目標出力に応じた目標原燃料供給量、目標水蒸気供給量、目標空気供給量に調整すべく、昇圧ポンプ１１、改質水ポンプ１３、ブロア５の作動を制御する。   In the normal processing, the control unit 9 controls the operation of the inverter 8 so as to adjust the power generation output of the fuel cell unit G to the target output, and also supplies the raw fuel supply amount, steam supply amount, fuel to the reformer 4 In order to adjust the air supply amount to the battery unit G to the target raw fuel supply amount, the target steam supply amount, and the target air supply amount according to the target output, the boost pump 11, the reforming water pump 13, and the blower 5 are operated. Control.

制御部９による目標出力の設定について説明を加える。
電力負荷（図示省略）で消費される実負荷電力が燃料電池部Ｇの発電出力調整範囲内であれば、目標出力は実負荷電力と同一の電力に設定され、実負荷電力が発電出力調整範囲よりも大きいときは、目標出力は発電出力調整範囲の上限電力に設定され、実負荷電力が発電出力調整範囲よりも小さいときは、目標出力は発電出力調整範囲の下限電力に設定される。
尚、燃料電池部Ｇの出力電圧は一定であるので、発電出力の調整は、インバータ８により出力電流を調整することにより行うことになり、目標出力は電流値で設定されている。 The setting of the target output by the control unit 9 will be described.
If the actual load power consumed by the power load (not shown) is within the power generation output adjustment range of the fuel cell unit G, the target output is set to the same power as the actual load power, and the actual load power is within the power generation output adjustment range. When the actual output power is smaller than the power generation output adjustment range, the target output is set to the lower limit power of the power generation output adjustment range.
Since the output voltage of the fuel cell unit G is constant, the power generation output is adjusted by adjusting the output current by the inverter 8, and the target output is set as a current value.

目標原燃料供給量、目標水蒸気供給量及び目標空気供給量夫々は、上述のように設定される目標出力に応じて予め設定されて、目標供給量設定情報として制御部９のメモリに記憶されている。
ちなみに、目標原燃料供給量、目標水蒸気供給量及び目標空気供給量夫々は、目標出力の電力を出力し、しかも、燃焼空間２３において排改質ガス中の可燃成分を適切に燃焼できると共に、改質器４を改質処理可能なように加熱し得る熱量が得られるような量に、目標出力に応じて設定されることになる。
そして、制御部９は、メモリに記憶されている目標供給量設定情報に基づいて、目標出力に応じた目標原燃料供給量、目標水蒸気供給量及び目標空気供給量を求めることになる。 Each of the target raw fuel supply amount, the target water vapor supply amount, and the target air supply amount is preset according to the target output set as described above, and is stored in the memory of the control unit 9 as target supply amount setting information. Yes.
Incidentally, each of the target raw fuel supply amount, the target water vapor supply amount, and the target air supply amount outputs electric power of the target output, and in addition, the combustible component in the exhaust reformed gas can be combusted appropriately in the combustion space 23, and can be modified. The amount of heat that can be heated so that the quality device 4 can be reformed is set according to the target output.
And the control part 9 calculates | requires the target raw fuel supply amount, the target water vapor supply amount, and the target air supply amount according to the target output based on the target supply amount setting information memorize | stored in memory.

又、発電出力調整処理において発電出力を低下側に変更調整するための設定出力低下幅も、予め設定されて、制御部９のメモリに記憶されている。ちなみに、この設定出力低下幅は、燃焼不良が的確に解消されるように燃焼空間２３の温度を上昇させるべく、燃焼空間２３での燃焼量を増加させることができるような出力電力の減少量に設定される。   In addition, a set output reduction width for changing and adjusting the power generation output to the lower side in the power generation output adjustment processing is also set in advance and stored in the memory of the control unit 9. Incidentally, this set output reduction width is a reduction amount of the output power that can increase the combustion amount in the combustion space 23 in order to raise the temperature of the combustion space 23 so that the combustion failure is accurately eliminated. Is set.

制御部９は、通常処理の実行中は、燃焼空間温度センサ２４の検出温度を監視し、燃焼空間温度センサ２４の検出温度が燃焼不良検出用の設定温度よりも低くなった場合に、燃焼不良であると判別し、燃料電池部Ｇの発電出力を低下側に変更調整する発電出力調整処理を実行する。そして、制御部９は、参考形態の発電出力調整処理では、改質器４への原燃料供給量、水蒸気供給量、燃料電池部Ｇへの空気供給量を、それぞれ燃焼不良を検出した時点の目標出力に応じた目標原燃料供給量、目標水蒸気供給量、目標空気供給量に維持する状態で、燃料電池部Ｇの発電出力を目標出力よりも設定出力低下幅だけ小さくすべく、インバータ８の作動を制御する。つまり、参考形態の発電出力調整処理では、昇圧ポンプ１１、改質水ポンプ１３及びブロア５夫々は、燃焼不良検出時点の作動状態に維持される。 The control unit 9 monitors the detected temperature of the combustion space temperature sensor 24 during the execution of the normal process, and when the detected temperature of the combustion space temperature sensor 24 becomes lower than the set temperature for detecting defective combustion, the defective combustion is detected. And the power generation output adjustment process for changing and adjusting the power generation output of the fuel cell unit G to the lower side is executed. And in the power generation output adjustment process of the reference form , the control unit 9 detects the raw fuel supply amount to the reformer 4, the water vapor supply amount, and the air supply amount to the fuel cell unit G at the time when the combustion failure is detected. To maintain the target raw fuel supply amount, target steam supply amount, and target air supply amount in accordance with the target output, the power generation output of the fuel cell unit G is set to be smaller than the target output by the set output reduction width. Control the operation. That is, in the power generation output adjustment process of the reference form , each of the booster pump 11, the reforming water pump 13 and the blower 5 is maintained in the operating state at the time of detection of combustion failure.

又、制御部９は、参考形態の発電出力調整処理の実行中も、燃焼空間温度センサ２４の検出温度を監視し、燃焼空間温度センサ２４の検出温度が燃焼不良検出用の設定温度以上になった場合に、燃焼が正常であると判別し、改質器４への原燃料供給量、水蒸気供給量、燃料電池部Ｇへの空気供給量はそれぞれ燃焼不良検出時点の目標出力に応じた目標原燃料供給量、目標水蒸気供給量、目標空気供給量に維持する状態で、燃料電池部Ｇの発電出力を燃焼不良検出時点の目標出力となるように調整すべくインバータ８の作動を制御する。つまり、昇圧ポンプ１１、改質水ポンプ１３及びブロア５夫々の作動状態は変化させない状態で、燃料電池部Ｇの発電出力が燃焼不良検出時点の出力に戻されることになり、基本的には、参考形態の発電出力調整処理を実行する前の運転状態に戻される。 The controller 9 also monitors the detected temperature of the combustion space temperature sensor 24 even during the execution of the power generation output adjustment process of the reference form, and the detected temperature of the combustion space temperature sensor 24 becomes equal to or higher than the set temperature for detecting defective combustion. In this case, it is determined that the combustion is normal, and the raw fuel supply amount to the reformer 4, the water vapor supply amount, and the air supply amount to the fuel cell unit G are the targets corresponding to the target output at the time of detecting the combustion failure, respectively. While maintaining the raw fuel supply amount, the target water vapor supply amount, and the target air supply amount, the operation of the inverter 8 is controlled so as to adjust the power generation output of the fuel cell unit G so as to become the target output at the time of detection of combustion failure. That is, the power generation output of the fuel cell unit G is returned to the output at the time of detection of combustion failure while the operation states of the booster pump 11, the reforming water pump 13 and the blower 5 are not changed. It returns to the operation state before executing the power generation output adjustment processing of the reference form .

以下、図２に示すフローチャートに基づいて、制御部９の制御動作を説明する。
制御部９は、運転開始指令が指令されると上述のように起動処理を実行し、その起動処理が終了すると上述のように通常処理を実行する（ステップ＃１〜３）。
その通常処理の実行中は、ステップ＃４で燃焼空間温度センサ２４の検出温度Ｔを監視し、並びに、ステップ＃８で運転停止指令が指令されるか否かを監視し、燃焼空間温度センサ２４の検出温度Ｔが燃焼不良検出用の設定温度Ｔｄ以上であり（ステップ＃４：Ｎｏ）、且つ、運転停止指令が指令されない（ステップ＃８：Ｎｏ）間は、通常処理を継続する。 The control operation of the control unit 9 will be described below based on the flowchart shown in FIG.
When the operation start command is instructed, the control unit 9 executes the startup process as described above, and executes the normal process as described above when the startup process ends (steps # 1 to # 3).
During the execution of the normal processing, the detected temperature T of the combustion space temperature sensor 24 is monitored in step # 4, and whether or not an operation stop command is commanded is monitored in step # 8, and the combustion space temperature sensor 24 is monitored. When the detected temperature T is equal to or higher than the set temperature Td for detecting defective combustion (step # 4: No) and the operation stop command is not commanded (step # 8: No), the normal processing is continued.

制御部９は、ステップ＃４で、燃焼空間温度センサ２４の検出温度Ｔが燃焼不良検出用の設定温度Ｔｄよりも低くなって、燃焼空間２３が燃焼不良であると判別すると（ステップ＃４：Ｙｅｓ）、昇圧ポンプ１１、改質水ポンプ１３及びブロア５夫々の作動状態は変化させない状態で、燃料電池部Ｇの発電出力Ｉを目標出力Ｉｐよりも設定出力低下幅ΔＩ小さくすべくインバータ８の作動を制御して（ステップ＃５）、参考形態の発電出力調整処理を開始する。
制御部９は、参考形態の発電出力調整処理の実行中も、ステップ＃６で燃焼空間温度センサ２４の検出温度Ｔを監視し、燃焼空間温度センサ２４の検出温度Ｔが燃焼不良検出用の設定温度Ｔｄよりも低く、燃焼空間２３が燃焼不良であると判別している間は（ステップ＃６：Ｎｏ）、参考形態の発電出力調整処理を継続する。一方、燃焼空間温度センサ２４の検出温度Ｔが燃焼不良検出用の設定温度Ｔｄ以上になると（ステップ＃６：Ｙｅｓ）、昇圧ポンプ１１、改質水ポンプ１３及びブロア５夫々の作動状態は変化させない状態で、燃料電池部Ｇの発電出力Ｉを燃焼不良検出時の目標出力Ｉｐに戻すべくインバータ８の作動を制御して（ステップ＃７）、参考形態の発電出力調整処理を終了し通常処理に戻る。 In step # 4, the controller 9 determines that the detected temperature T of the combustion space temperature sensor 24 is lower than the set temperature Td for detecting defective combustion and that the combustion space 23 is defective in combustion (step # 4: Yes), the operation state of each of the booster pump 11, the reforming water pump 13 and the blower 5 is not changed, and the inverter 8 is set so that the power generation output I of the fuel cell unit G is smaller than the target output Ip by the set output decrease width ΔI. The operation is controlled (step # 5), and the power generation output adjustment process of the reference form is started.
The controller 9 monitors the detected temperature T of the combustion space temperature sensor 24 in step # 6 even during the execution of the power generation output adjustment process of the reference form, and the detected temperature T of the combustion space temperature sensor 24 is set for detecting defective combustion. While the temperature is lower than the temperature Td and it is determined that the combustion space 23 is defective in combustion (step # 6: No), the power generation output adjustment process of the reference form is continued. On the other hand, when the detected temperature T of the combustion space temperature sensor 24 becomes equal to or higher than the set temperature Td for detecting defective combustion (step # 6: Yes), the operating states of the booster pump 11, the reforming water pump 13 and the blower 5 are not changed. In this state, the operation of the inverter 8 is controlled so as to return the power generation output I of the fuel cell unit G to the target output Ip at the time of detection of combustion failure (step # 7), and the power generation output adjustment processing of the reference form is terminated and the normal processing is performed. Return.

ステップ＃８で運転停止指令が指令されると、制御部９は、原燃料、水蒸気及び空気夫々の供給を停止すべく、昇圧ポンプ１１、改質水ポンプ１３及びブロア５夫々の作動を停止する停止処理を実行する（ステップ＃９）。   When an operation stop command is issued in step # 8, the control unit 9 stops the operations of the booster pump 11, the reforming water pump 13, and the blower 5 in order to stop the supply of raw fuel, water vapor, and air. Stop processing is executed (step # 9).

次に、図３〜図５に基づいて、上述のように発電出力調整処理を実行することにより、燃焼空間２３の燃焼不良を迅速に解消することができる点を説明する。
尚、図３は、改質器４に供給された原燃料のエネルギが、発電出力、回収熱量及び損失熱量の３つの出力に分かれて出力される状態（以下、エネルギ出力状態と記載する場合がある。）を矢印にて示し、矢印の太さによりエネルギ量の大きさを示す。ちなみに、回収熱量は、主として排出部２５から排出される燃焼排ガスから回収される熱量であり、損失熱量は、主として収納容器１０の外壁から放熱される熱量である。
そして、図３の（ａ）は、通常処理でのエネルギ出力状態を示し、図３の（ｂ）は、参考形態の発電出力調整処理でのエネルギ出力状態を示し、図３の（ｃ）は、燃料電池部Ｇの発電出力を変更せずに、改質器４への原燃料供給量を増大すると共に、その増大に応じて、水蒸気供給量及び燃料電池部Ｇへの空気供給量を夫々増加させたとき（以下、原燃料増大処理と記載する場合がある。）のエネルギ出力状態を示す。ちなみに、原燃料増大処理における改質器４への原燃料供給量及び水蒸気供給量夫々の増大量、並びに、燃料電池部Ｇへの空気供給量の増大量は、燃料電池部Ｇの発電出力は変化させない状態で燃焼空間２３を高温化して、燃焼不良を十分に解消するために必要な量に設定される。
図３において、Ｑｉは、通常処理で供給される原燃料によるエネルギ量を示し、Ｑｆは、通常処理での原燃料によるエネルギ量Ｑｉのうち、発電出力として出力された残りのエネルギ量であり、燃焼空間２３での燃焼熱量を示す。 Next, based on FIG. 3 to FIG. 5, a description will be given of the fact that the combustion failure in the combustion space 23 can be quickly eliminated by executing the power generation output adjustment process as described above.
3 shows a state in which the energy of the raw fuel supplied to the reformer 4 is divided into three outputs of power generation output, recovered heat amount and lost heat amount (hereinafter referred to as energy output state in some cases). ) Is indicated by an arrow, and the amount of energy is indicated by the thickness of the arrow. Incidentally, the recovered heat amount is mainly the amount of heat recovered from the combustion exhaust gas discharged from the discharge portion 25, and the lost heat amount is mainly the amount of heat radiated from the outer wall of the storage container 10.
3A shows the energy output state in the normal process, FIG. 3B shows the energy output state in the power generation output adjustment process of the reference form , and FIG. The raw fuel supply amount to the reformer 4 is increased without changing the power generation output of the fuel cell unit G, and the water vapor supply amount and the air supply amount to the fuel cell unit G are respectively increased according to the increase. The energy output state when increased (hereinafter sometimes referred to as raw fuel increase processing) is shown. Incidentally, the increase in the raw fuel supply amount and the steam supply amount to the reformer 4 and the increase in the air supply amount to the fuel cell unit G in the raw fuel increase process are as follows. The amount is set to an amount necessary for sufficiently eliminating the combustion failure by raising the temperature of the combustion space 23 without changing the temperature.
In FIG. 3, Qi represents the amount of energy from the raw fuel supplied in the normal processing, and Qf is the remaining amount of energy output as the power generation output among the energy amount Qi from the raw fuel in the normal processing. The amount of combustion heat in the combustion space 23 is shown.

図３の（ａ）、（ｂ）を参照して、参考形態の発電出力調整処理では、供給エネルギ量は通常処理での供給エネルギ量Ｑｉと同量に維持する状態で、発電出力を低下させることにより、その発電出力の低下分に相当するエネルギ量Ｑｕだけ燃焼空間２３での燃焼熱量が増加する。
この参考形態の発電出力調整処理では、発電出力を低下した分、回収熱量が増加するが、損失熱量は通常処理と同等であり、参考形態の発電出力調整処理を実行してもエネルギ効率が低下するのを回避することができる。 Referring to FIGS. 3A and 3B, in the power generation output adjustment processing of the reference embodiment, the power generation output is reduced in a state where the supply energy amount is maintained at the same amount as the supply energy amount Qi in the normal processing. As a result, the amount of combustion heat in the combustion space 23 increases by the amount of energy Qu corresponding to the decrease in the power generation output.
In the power generation output adjustment process of this reference form, the amount of recovered heat increases as the power generation output is reduced, but the heat loss is the same as the normal process, and the energy efficiency is reduced even if the power generation output adjustment process of the reference form is executed. Can be avoided.

図３の（ａ）、（ｃ）を参照して、原燃料増大処理では、発電出力を通常処理時と同一に維持する状態で、原燃料による供給エネルギ量を通常処理よりもＱａ増加させることにより、その供給エネルギの増加分に相当するエネルギ量Ｑａだけ燃焼空間２３での燃焼熱量が増加する。
この原燃料増大処理では、供給エネルギを増加させるので、通常処理よりも回収熱量が増加するが、損失熱量も増加することになり、その結果、原燃料増大処理を実行すると、通常処理よりもエネルギ効率が低下することになる。 Referring to FIGS. 3A and 3C, in the raw fuel increase process, the amount of energy supplied by the raw fuel is increased by Qa as compared to the normal process in a state where the power generation output is maintained the same as in the normal process. Thus, the amount of combustion heat in the combustion space 23 is increased by an energy amount Qa corresponding to the increase in the supplied energy.
In this raw fuel increase process, the supply energy is increased, so that the recovered heat amount increases compared to the normal process, but the loss heat amount also increases. As a result, when the raw fuel increase process is executed, the energy consumption is higher than that of the normal process. Efficiency will decrease.

図４は、参考形態の発電出力調整処理を実行したときの燃焼空間温度及び出力電流夫々の時間経過に伴う変動を示し、図５は、原燃料増大処理を実行したときの燃焼空間温度及び原燃料流量夫々の時間経過に伴う変動を示す。 FIG. 4 shows fluctuations of the combustion space temperature and the output current with the passage of time when the power generation output adjustment process of the reference form is executed, and FIG. 5 shows the combustion space temperature and the raw material when the raw fuel increase process is executed. The fluctuation with time of each fuel flow rate is shown.

図４を参照して、燃焼空間温度センサ２４の検出温度Ｔが燃焼不良検出用の設定温度Ｔｄよりも低くなって、燃焼空間２３が燃焼不良であると判別すると、燃料電池部Ｇの発電出力Ｉを目標出力Ｉｐよりも設定出力低下幅ΔＩ小さくすべくインバータ８の作動を制御し、燃焼空間温度センサ２４の検出温度Ｔが燃焼不良検出用の設定温度Ｔｄ以上になって、燃焼不良が検出されなくなる（燃焼が正常に戻る）と、燃料電池部Ｇの発電出力Ｉを目標出力Ｉｐに戻すべくインバータ８の作動を制御する。
図５を参照して、燃焼空間温度センサ２４の検出温度Ｔが燃焼不良検出用の設定温度Ｔｄよりも低くなって、燃焼空間２３が燃焼不良であると判別すると、改質器４への原燃料供給量を目標出力Ｉｐに応じた目標原燃料供給量ＲｐよりもΔＲ増大すべく昇圧ポンプ１１の作動を制御し、燃焼空間温度センサ２４の検出温度Ｔが燃焼不良検出用の設定温度Ｔｄ以上になって、燃焼不良が検出されなくなる（燃焼が正常に戻る）と、改質器４への原燃料の供給量を目標出力Ｉｐに応じた目標原燃料供給量Ｒｐに戻すべく昇圧ポンプ１１の作動を制御する。 Referring to FIG. 4, when the detection temperature T of the combustion space temperature sensor 24 becomes lower than the set temperature Td for detecting defective combustion, and it is determined that the combustion space 23 is defective in combustion, the power generation output of the fuel cell unit G The operation of the inverter 8 is controlled so that I is smaller than the target output Ip by the set output decrease width ΔI, and the detected temperature T of the combustion space temperature sensor 24 becomes equal to or higher than the set temperature Td for detecting defective combustion. When it is not performed (combustion returns to normal), the operation of the inverter 8 is controlled to return the power generation output I of the fuel cell unit G to the target output Ip.
Referring to FIG. 5, when the detection temperature T of the combustion space temperature sensor 24 becomes lower than the set temperature Td for detecting defective combustion and it is determined that the combustion space 23 is defective in combustion, the original to the reformer 4 is detected. The operation of the booster pump 11 is controlled so that the fuel supply amount is increased by ΔR from the target raw fuel supply amount Rp corresponding to the target output Ip, and the detected temperature T of the combustion space temperature sensor 24 is equal to or higher than the set temperature Td for detecting defective combustion. When the combustion failure is no longer detected (combustion returns to normal), the booster pump 11 is configured to return the raw fuel supply amount to the reformer 4 to the target raw fuel supply amount Rp corresponding to the target output Ip. Control the operation.

図４及び図５を比較すると、インバータ８により発電出力をΔＩ減少させるのに要する時間は、昇圧ポンプ１１により改質器４への原燃料供給量をΔＲ増大させるのに要する時間よりも短く、インバータ８により発電出力をΔＩ増大させるのに要する時間は、昇圧ポンプ１１により改質器４への原燃料供給量をΔＲ減少させるのに要する時間よりも短い。
又、燃焼空間２３での燃焼が正常に戻る（燃焼空間温度センサ２４の検出温度Ｔが設定温度Ｔｄ以上になる）までに要する時間は、発電出力をΔＩ減少させることによる方が改質器４への原燃料供給量をΔＲ増大させることによるよりも短い。
更に、参考形態の発電出力調整処理が終了して燃料電池部Ｇの発電出力Ｉが目標出力Ｉｐに戻った後、及び、原燃料増大処理が終了して改質器４への原燃料供給量が目標原燃料供給量Ｒｐに戻った後は、燃焼空間２３の温度が定常状態よりも高くなってオーバーシュートするが、そのオーバーシュート時間は、参考形態の発電出力調整処理の方が原燃料増大処理よりも短い。
そして、燃焼空間２３の燃焼不良を解消するための処理を開始してから、燃焼空間２３の燃焼不良が解消し、更に、燃焼空間２３の温度が定常状態に戻るまでに要する時間は、参考形態の発電出力調整処理を実行した場合は、例えば１５〜２０秒程度であり、原燃料増大処理を実行した場合は、例えば１分程度であり、参考形態の発電出力調整処理を実行することにより、燃焼空間２３での燃焼不良を迅速に解消できることが分かる。 4 and 5, the time required to reduce the power generation output by ΔI by the inverter 8 is shorter than the time required to increase the amount of raw fuel supplied to the reformer 4 by ΔR by the booster pump 11. The time required to increase the power generation output ΔI by the inverter 8 is shorter than the time required to decrease the raw fuel supply amount to the reformer 4 by ΔR by the booster pump 11.
Further, the time required for the combustion in the combustion space 23 to return to normal (the temperature T detected by the combustion space temperature sensor 24 becomes equal to or higher than the set temperature Td) is reduced by reducing the power generation output by ΔI. It is shorter than by increasing the amount of raw fuel supplied to ΔR.
Furthermore, after the power generation output adjustment process of the reference embodiment is completed and the power generation output I of the fuel cell unit G returns to the target output Ip, and the raw fuel increase process is completed and the raw fuel supply amount to the reformer 4 After returning to the target raw fuel supply amount Rp, the temperature of the combustion space 23 becomes higher than the steady state and overshoots. However, the overshoot time is increased by the power generation output adjustment processing of the reference form. Shorter than processing.
The time required from the start of the process for eliminating the combustion failure in the combustion space 23 until the combustion failure in the combustion space 23 is resolved and the temperature of the combustion space 23 returns to the steady state is a reference form. When the power generation output adjustment process is executed, for example, it is about 15 to 20 seconds, and when the raw fuel increase process is executed, it is about 1 minute, for example. By executing the power generation output adjustment process of the reference form , It can be seen that the combustion failure in the combustion space 23 can be quickly resolved.

次に本発明の実施形態を説明する。
制御部９を、発電出力調整処理として、改質器４への原燃料供給量及び水蒸気供給量並びに燃料電池部Ｇへの空気供給量夫々を、燃料電池部Ｇの発電出力を変化させない場合における燃焼空間２３の燃焼不良を解消するために必要な増大量よりも少ない量で増大させるべく昇圧ポンプ１１、改質水ポンプ１３、ブロア５の作動を制御し、且つ、燃料電池部Ｇの発電出力を低下側に変更調整すべくインバータ８の作動を制御する処理を実行するように構成する。
この場合の改質器４への原燃料供給量及び水蒸気供給量夫々の増大量、並びに、燃料電池部Ｇへの空気供給量の増大量は、燃料電池部Ｇの発電出力は変化させない状態で燃焼空間２３を高温化して、燃焼不良を解消するために必要な増大量よりも少ない量に設定する。
例えば、改質器４への原燃料供給量の増大量は、上記の原燃料増大処理での増大量Ｑａよりも少ない量に設定する。
又、この場合、制御部９を構成するに、燃焼空間温度センサ２４の検出温度Ｔが燃焼不良検出用の設定温度Ｔｄ以上になって、燃焼が正常であると判別する（即ち、燃焼不良が検出されなくなった場合に相当する）と、改質器４への原燃料供給量及び水蒸気供給量並びに燃料電池部Ｇへの空気供給量夫々を発電出力調整処理を実行する前の量に戻すべく昇圧ポンプ１１、改質水ポンプ１３、ブロア５の作動を制御し、且つ、燃料電池部Ｇの発電出力を発電出力調整処理を実行する前の発電出力となるように調整すべくインバータ８の作動を制御するように構成する。 Next, an embodiment of the present invention will be described.
If control of the control unit 9, which as a generator output adjustment process, not an air supply amount respectively to the raw fuel supply amount and the steam supply amount and the fuel cell unit G to the reformer 4, to change the power output of the fuel cell unit G The operation of the booster pump 11, the reforming water pump 13 and the blower 5 is controlled so as to increase by an amount smaller than the amount necessary for eliminating the combustion failure of the combustion space 23, and the power generation of the fuel cell unit G configured to perform a process of controlling the operation of the inverter 8 so as to change adjusted to decrease side output.
In this case, the increase amount of the raw fuel supply amount and the steam supply amount to the reformer 4 and the increase amount of the air supply amount to the fuel cell unit G are such that the power generation output of the fuel cell unit G is not changed. The combustion space 23 is heated to a temperature that is less than the increase required to eliminate the defective combustion.
For example, the increase amount of the raw fuel supply amount to the reformer 4 is set to an amount smaller than the increase amount Qa in the raw fuel increase process.
In this case, the controller 9 is configured so that the detected temperature T of the combustion space temperature sensor 24 becomes equal to or higher than the set temperature Td for detecting defective combustion, and it is determined that the combustion is normal (that is, the defective combustion is detected). In order to return the raw fuel supply amount and the steam supply amount to the reformer 4 and the air supply amount to the fuel cell unit G to the amounts before the power generation output adjustment processing, respectively. The operation of the inverter 8 controls the operation of the booster pump 11, the reforming water pump 13, and the blower 5 and adjusts the power generation output of the fuel cell unit G to be the power generation output before executing the power generation output adjustment processing. Is configured to control.

〔別実施形態〕
（イ） 発電出力調整処理において燃料電池部Ｇの発電出力を低下させるに当たって、上記の実施形態では、発電出力の大きさに拘わらず発電出力の低下幅を一律の幅（設定出力低下幅ΔＩ）に設定したが、燃料電池部Ｇの発電出力が大きいほどΔＩの値が大きくなる形態で、低下幅を発電出力の大きさに応じて変更設定するように構成しても良い。 [Another embodiment]
(A) In reducing the power generation output of the fuel cell unit G in the power generation output adjustment process, in the above embodiment, the power generation output is reduced by a uniform width (set output reduction width ΔI) regardless of the magnitude of the power generation output. However, the value of ΔI increases as the power generation output of the fuel cell unit G increases, and the reduction width may be changed and set according to the size of the power generation output.

（ロ） 発電出力調整処理を終了するタイミングは、上記の実施形態の如く、燃焼不良検出手段としての燃焼空間温度センサ２４により燃焼不良が検出されなくなる時点に限定されるものではなく、例えば、発電出力調整処理の開始後、所定の設定時間が経過した時点でも良い。 (B) The timing of ending the power generation output adjustment process is not limited to the point in time when no combustion failure is detected by the combustion space temperature sensor 24 as the combustion failure detection means as in the above embodiment. It may be when a predetermined set time has elapsed after the start of the output adjustment process.

（ハ） 燃焼部として、上記の実施形態では、上下方向に間隔を隔てて並ぶ燃料電池部Ｇと改質器４との間に側周部全体が開放された状態で形成される燃焼空間２３を適用したが、全体が閉じられた燃焼室を適用することができる。 (C) As a combustion part, in the above embodiment, the combustion space 23 formed in a state where the entire side peripheral part is opened between the fuel cell part G and the reformer 4 arranged at intervals in the vertical direction. However, it is possible to apply a combustion chamber that is closed as a whole.

（ニ） 収納容器１０内における燃料電池部Ｇ、改質器４及び気化器３の配置形態は、上記の実施形態において例示した形態に限定されるものではなく、種々の形態が可能である。 (D) The arrangement form of the fuel cell unit G, the reformer 4 and the vaporizer 3 in the storage container 10 is not limited to the form exemplified in the above embodiment, and various forms are possible.

以上説明したように、エネルギ効率の低下及び耐久性の低下を回避しながら、燃焼部での燃焼不良を迅速に解消することにより運転を安定化し得る燃料電池発電装置を提供することができる。   As described above, it is possible to provide a fuel cell power generator capable of stabilizing the operation by quickly eliminating the defective combustion in the combustion section while avoiding the decrease in energy efficiency and the decrease in durability.

４ 改質器
６ 燃焼部
８ インバータ（発電出力調整手段）
９ 制御部（制御手段）
１０ 収納容器
１７ 燃料通流部
１７ｅ 改質ガス排出口（ガス排出口）
１８ 空気通流部（酸素含有ガス通流部）
１８ｅ 空気排出口（ガス排出口）
１９ セル
２３ 燃焼空間
２４ 燃焼空間温度センサ（燃焼不良検出手段）
Ｇ 燃料電池部 4 Reformer 6 Combustion section 8 Inverter (Power generation output adjustment means)
9 Control unit (control means)
10 Storage container 17 Fuel flow part 17e Reformed gas outlet (gas outlet)
18 Air flow part (Oxygen-containing gas flow part)
18e Air outlet (gas outlet)
19 cell 23 combustion space 24 combustion space temperature sensor (combustion failure detection means)
G Fuel cell part

Claims (3)

収納容器内に、炭化水素系の原燃料と水蒸気とが供給されて原燃料を改質処理する改質器と、その改質器にて改質処理されて生成された改質ガスと酸素含有ガスとが供給されてそれらを発電反応させて発電する燃料電池部と、その燃料電池部から発電反応したのちに排出される排改質ガスと排酸素含有ガスとを混合させて排改質ガス中の可燃成分を燃焼させる燃焼部とが設けられ、
前記改質器が、前記燃焼部での燃焼により発生する燃焼熱を用いて原燃料の改質処理を行うように構成された燃料電池発電装置であって、
前記燃焼部の燃焼不良を検出する燃焼不良検出手段と、
前記燃料電池部の発電出力を調整自在な発電出力調整手段と、
前記燃焼不良検出手段により前記燃焼不良が検出された場合に、前記改質器への原燃料供給量及び水蒸気供給量並びに前記燃料電池部への酸素含有ガス供給量夫々を、前記燃焼不良時における発電出力に対して前記燃焼不良を解消するために必要な増大量よりも少ない量で増大させ、且つ、前記燃料電池部の発電出力を低下側に変更調整すべく前記発電出力調整手段の作動を制御する制御手段とが設けられている燃料電池発電装置。 A reformer that reforms the raw fuel by supplying hydrocarbon-based raw fuel and steam into the storage container, and a reformed gas generated by the reforming process and the oxygen content A fuel cell unit that generates power by generating and reacting them with a gas, and a mixture of an exhaust reformed gas and an exhaust oxygen-containing gas discharged after the power generation reaction from the fuel cell unit And a combustion section for burning the combustible components therein,
The reformer is a fuel cell power generator configured to perform reforming of raw fuel using combustion heat generated by combustion in the combustion section,
A combustion failure detection means for detecting a combustion failure in the combustion section;
A power generation output adjusting means capable of adjusting a power generation output of the fuel cell unit;
When the combustion failure is detected by the combustion failure detection means, the raw fuel supply amount and the steam supply amount to the reformer and the oxygen-containing gas supply amount to the fuel cell unit are respectively determined at the time of the combustion failure. The power generation output adjusting means is operated to increase the power generation output by an amount smaller than the increase necessary to eliminate the combustion failure, and to change and adjust the power generation output of the fuel cell unit to the lower side. And a fuel cell power generator provided with control means for controlling. 前記燃料電池部が、改質ガスが通流する燃料通流部と酸素含有ガスが通流する酸素含有ガス通流部とを備えた複数のセルを前記燃料通流部及び前記酸素含有ガス通流部夫々のガス排出口が上向きになる姿勢で配列して構成され、The fuel cell section includes a plurality of cells each having a fuel flow section through which the reformed gas flows and an oxygen-containing gas flow section through which the oxygen-containing gas flows, and the fuel flow section and the oxygen-containing gas flow path. The gas outlets of each flow part are arranged in an upward orientation,
前記改質器が、前記燃料電池部の上方に配設され、前記改質器と前記燃料電池部との空間が、各セルの前記燃料通流部及び前記酸素含有ガス通流部夫々のガス排出口から排出される排改質ガスと排酸素含有ガスとを燃焼させる燃焼空間である前記燃焼部として構成されている請求項１に記載の燃料電池発電装置。The reformer is disposed above the fuel cell unit, and the space between the reformer and the fuel cell unit is a gas in each of the fuel flow part and the oxygen-containing gas flow part of each cell. The fuel cell power generator according to claim 1, wherein the fuel cell power generator is configured as the combustion section that is a combustion space for burning the exhaust reformed gas and the exhaust oxygen-containing gas exhausted from the exhaust port. 前記燃焼不良検出手段が、前記燃焼部の温度を検出する温度センサにて構成され、The defective combustion detection means is constituted by a temperature sensor that detects the temperature of the combustion part,
前記制御手段が、前記温度センサの検出温度が燃焼不良検出用の設定温度よりも低い場合に、前記燃焼部が燃焼不良であると判別するように構成されている請求項１又は２に記載の燃料電池発電装置。The said control means is comprised so that it may discriminate | determine that the said combustion part is a combustion failure when the detection temperature of the said temperature sensor is lower than the preset temperature for a combustion failure detection. Fuel cell power generator.
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