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JP5490493B2 - Combustion device, fuel cell system, and method for determining ignition of combustion - Google Patents

Combustion device, fuel cell system, and method for determining ignition of combustion Download PDF

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JP5490493B2 JP2009251883A JP2009251883A JP5490493B2 JP 5490493 B2 JP5490493 B2 JP 5490493B2 JP 2009251883 A JP2009251883 A JP 2009251883A JP 2009251883 A JP2009251883 A JP 2009251883A JP 5490493 B2 JP5490493 B2 JP 5490493B2
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Description

本発明は、燃焼装置、燃料電池システム及び燃焼部の着火判定方法に関し、特に、炭化水素系燃料と水素含有ガスとが燃料として選択的に供給される燃焼部を備えた燃焼装置、該燃焼装置を備えた燃料電池システム、並びに、前記燃焼部における着火判定方法に関する。   The present invention relates to a combustion apparatus, a fuel cell system, and an ignition determination method for a combustion section, and in particular, a combustion apparatus including a combustion section in which a hydrocarbon-based fuel and a hydrogen-containing gas are selectively supplied as fuel, and the combustion apparatus And an ignition determination method in the combustion section.

特許文献1には、都市ガス(炭化水素系燃料)又は燃料電池から排出されるオフガス(水素含有ガス)又は都市ガスとオフガスとを混合したガス体を燃焼する燃焼部の下流側の温度変化と火炎の形成状態(燃焼状態)による温度変化を検知する複数個の温度検知手段を備え、予め記憶された火炎不形成時の温度検知データまで燃焼ガスの温度が低下した場合に、失火が起こったことを判定する燃焼装置が開示されている。   Patent Document 1 discloses a temperature change on the downstream side of a combustion section that burns city gas (hydrocarbon fuel), off-gas (hydrogen-containing gas) discharged from a fuel cell, or a gas body obtained by mixing city gas and off-gas. A plurality of temperature detection means for detecting temperature changes due to the formation state (combustion state) of the flame is provided, and a misfire occurs when the temperature of the combustion gas is reduced to the temperature detection data stored in advance when the flame is not formed. A combustion apparatus for determining this is disclosed.

また、特許文献2には、改質熱を発生させる燃焼装置において、熱電対で検出される燃焼部の温度の上昇率・低下率(単位時間当たりの上昇・低下)に基づいて、着火及び着火後の失火の有無を検知する燃焼装置が開示されている。   Patent Document 2 discloses ignition and ignition in a combustion apparatus that generates reforming heat based on the rate of increase / decrease in the temperature of the combustion section detected by a thermocouple (increase / decrease per unit time). A combustion apparatus for detecting the presence or absence of a subsequent misfire is disclosed.

特開2006−002991号公報JP 2006-002991 A 特開2007−187426号公報JP 2007-187426 A

ところで、特許文献1のように、複数の温度検知手段を備える構成では、燃焼装置のコストが上がり、また、燃焼装置が大型化してしまうという問題があり、また、予め設定した閾値まで温度変化したか否かに基づいて燃焼状態の判定を行うから、最終的な判定が下されるまでに時間を要するという問題があった。
また、特許文献2のように、温度の上昇率・低下率に基づいて着火・失火の判定を行う場合、外因による温度変動の影響を受け易いため、誤検知の可能性があった。
By the way, in the structure provided with a plurality of temperature detection means as in Patent Document 1, there is a problem that the cost of the combustion apparatus increases and the combustion apparatus becomes large, and the temperature changes to a preset threshold value. Since the determination of the combustion state is performed based on whether or not, it takes time until the final determination is made.
Further, as in Patent Document 2, when ignition / misfire determination is performed based on the rate of temperature increase / decrease, there is a possibility of erroneous detection because it is easily affected by temperature fluctuations due to external factors.

特に、燃焼部に供給する燃料を、炭化水素系燃料から水素含有ガス(オフガスや水素リッチ改質ガスなど)に移行させる場合、混焼状態(炭化水素系燃料及び水素含有ガス双方の供給状態)を長くすれば、失火の発生を抑制できるものの、混焼状態が長くなると、温度が過剰上昇してしまう可能性があり、混焼状態を短く制限する必要がある。
しかし、混焼状態を短くすると、移行直後は水素含有ガスの供給が不安定であるため、失火することがあり、更に、失火中に一時的に着火し直ぐに失火してしまう場合もある。
従って、燃焼部に供給する燃料を、炭化水素系燃料から水素含有ガスに移行させる場合には、温度が一様に変化せず、増減を繰り返すことになってしまい、温度上昇率・低下率(変化速度)に基づく着火判定では、高精度に着火判定を行わせることは難しかった。
In particular, when the fuel supplied to the combustion section is transferred from a hydrocarbon fuel to a hydrogen-containing gas (off gas, hydrogen-rich reformed gas, etc.), the mixed combustion state (the supply state of both the hydrocarbon fuel and the hydrogen-containing gas) is changed. Increasing the length can suppress the occurrence of misfire, but if the mixed combustion state becomes long, the temperature may increase excessively, and it is necessary to limit the mixed combustion state short.
However, if the co-firing state is shortened, the supply of the hydrogen-containing gas is unstable immediately after the transition, so that a misfire may occur, and further, the misfire may occur immediately after igniting temporarily during misfire.
Therefore, when the fuel supplied to the combustion section is transferred from the hydrocarbon-based fuel to the hydrogen-containing gas, the temperature does not change uniformly, and the increase and decrease are repeated. In the ignition determination based on the (change speed), it is difficult to make the ignition determination with high accuracy.

そこで本発明では、炭化水素系燃料から水素含有ガスへの移行時における着火判定を、高応答・高精度、かつ、低コストで行える燃焼装置、燃料電池システム及び燃焼部の着火判定方法を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention provides a combustion apparatus, a fuel cell system, and an ignition determination method for a combustion section that can perform ignition determination at the time of transition from a hydrocarbon-based fuel to a hydrogen-containing gas with high response, high accuracy, and low cost. For the purpose.

そのため、請求項1の燃焼装置は、燃料として炭化水素系燃料と水素含有ガスとが選択的に供給される燃焼部と、燃焼部の温度を検出する温度センサと、温度センサの検出信号を受けて前記燃焼部における着火判定を行う着火判定部と、を含み、着火判定部は、炭化水素系燃料から水素含有ガスへの移行時における前記燃焼部の温度を最低温度の初期値とし、その後、周期的な着火判定タイミング毎にそれまでの前記最低温度よりも低い温度が検出されると前記最低温度を当該検出温度に更新し、前記着火判定タイミングにおいて前記燃焼部の温度が前記最低温度よりも閾値を超えて高い場合に、前記水素含有ガスの供給状態での着火成功を判定する構成とした。
かかる構成では、炭化水素系燃料から水素含有ガスへの移行時における燃焼部の温度を最低温度の初期値とし、その後、周期的な着火判定タイミング毎にそれまでの最低温度よりも低い温度が検出されると最低温度を当該検出温度に更新し、着火判定タイミングにおいて燃焼部の温度が最低温度よりも閾値を超えて高い場合、換言すれば、着火判定タイミングにおける温度が最低温度よりも高く、かつ、その差が閾値を超えている場合に、水素含有ガスの着火に成功したものと判定する。
Therefore, the combustion apparatus of claim 1 receives a combustion part to which hydrocarbon fuel and hydrogen-containing gas are selectively supplied as fuel, a temperature sensor for detecting the temperature of the combustion part, and a detection signal from the temperature sensor. An ignition determination unit that performs an ignition determination in the combustion unit, and the ignition determination unit sets the temperature of the combustion unit at the time of transition from a hydrocarbon-based fuel to a hydrogen-containing gas as an initial value of a minimum temperature, When a temperature lower than the previous minimum temperature is detected at each periodic ignition determination timing, the minimum temperature is updated to the detected temperature, and the temperature of the combustion unit is lower than the minimum temperature at the ignition determination timing. When the value is higher than the threshold value , the ignition success in the supply state of the hydrogen-containing gas is determined.
In such a configuration, the temperature of the combustion section at the time of transition from the hydrocarbon-based fuel to the hydrogen-containing gas is set as the initial value of the minimum temperature, and then a temperature lower than the minimum temperature is detected at each periodic ignition determination timing. The minimum temperature is updated to the detected temperature, and if the temperature of the combustion part is higher than the minimum temperature above the threshold at the ignition determination timing , in other words, the temperature at the ignition determination timing is higher than the minimum temperature , and When the difference exceeds the threshold value, it is determined that the hydrogen-containing gas has been successfully ignited.

請求項1の構成において、請求項2のように、着火判定部は、炭化水素系燃料から水素含有ガスへの移行時から所定判定時間が経過した判定終了タイミングまでの間に着火成功を判定しなかった場合に、水素含有ガスの供給状態での着火失敗を判定することができる。
かかる構成では、判定終了タイミングに至るまでの間に着火成功の判定がなされなかった場合には、所定の最大時間だけ着火動作を継続させても着火成功に至らなかったものと判断し、着火失敗(タイムアウト)を判定する。
In the configuration of claim 1, as in claim 2, the ignition determination unit determines whether ignition has succeeded during a period from when the hydrocarbon-based fuel is transferred to the hydrogen-containing gas until a determination end timing when a predetermined determination time has elapsed. If not, it is possible to determine ignition failure in the supply state of the hydrogen-containing gas .
In such a configuration, if the ignition success is not determined until the determination end timing is reached, it is determined that the ignition has not been successful even if the ignition operation is continued for a predetermined maximum time, and the ignition has failed. (Timeout) is determined.

上記請求項2の構成において、請求項3のように、着火判定部は、前記判定終了タイミングにおける最低温度が、水素含有ガスの供給状態での下限燃焼温度よりも高い場合に、水素含有ガスの供給状態での着火成功を判定することができる。
かかる構成では、判定終了タイミングまでの間に、最低値と検出温度との比較に基づいて着火成功が判定されなかったとしても、判定終了タイミングに達したときの最低温度が、水素含有ガスの供給状態での下限燃焼温度よりも高い場合、即ち、炭化水素系燃料から水素含有ガスへの移行時から判定終了タイミングに達するまでの間において、検出温度が下限燃焼温度よりも低くなることがなかった場合には、水素含有ガスの供給状態での着火成功を判定する。
In the configuration of claim 2, as in claim 3, the ignition determination unit determines whether the hydrogen-containing gas is in a state where the minimum temperature at the determination end timing is higher than the lower limit combustion temperature in the supply state of the hydrogen-containing gas. Successful ignition in the supply state can be determined.
In such a configuration, even if ignition success is not determined based on the comparison between the minimum value and the detected temperature before the determination end timing, the minimum temperature when the determination end timing is reached is the supply of the hydrogen-containing gas. When the temperature is higher than the lower limit combustion temperature in the state, that is, during the period from the transition from the hydrocarbon-based fuel to the hydrogen-containing gas until the determination end timing is reached, the detected temperature does not become lower than the lower limit combustion temperature. In this case, the ignition success in the supply state of the hydrogen-containing gas is determined.

また、請求項1又は2の構成において、請求項4のように、着火判定部は、燃焼部の温度が水素含有ガスの供給状態での下限燃焼温度よりも高い状態が第1所定時間を越えて連続した場合に、水素含有ガスの供給状態での着火成功を判定することができる。
かかる構成では、燃焼部の温度が最低温度よりも閾値を超えて高いと判断されなくても、水素含有ガスの供給状態での下限燃焼温度よりも高い状態が第1所定時間を越えて連続すれば、水素含有ガスの供給状態での着火成功を判定する。
Further, in the configuration of claim 1 or 2, as in claim 4, the ignition determination unit has a state in which the temperature of the combustion unit is higher than the lower limit combustion temperature in the supply state of the hydrogen-containing gas exceeds the first predetermined time. If successful, ignition success in the supply state of the hydrogen-containing gas can be determined.
In such a configuration, even if the temperature of the combustion section is not determined to be higher than the minimum temperature beyond the threshold, the state higher than the lower limit combustion temperature in the supply state of the hydrogen-containing gas continues for the first predetermined time. For example, the ignition success in the supply state of the hydrogen-containing gas is determined.

また、請求項1〜4のいずれか1つの構成において、請求項5のように、着火判定部、燃焼部の温度が最低温度よりも閾値を超えて高い状態が第2所定時間を越えて連続した場合に、水素含有ガスの供給状態での着火成功を判定し、前記第2所定時間を燃焼部の温度の上昇速度が速いほど短い時間に設定することができる。
かかる構成では、着火判定タイミングにおいてそのときの温度が最低温度よりも閾値を超えて高いと判断されるようになっても直ちに着火成功を判定せず、その後も第2所定時間を越えて、温度が最低温度よりも閾値を超えて高いと判断され続けた場合、換言すれば、所定回以上連続して、温度が最低温度よりも閾値を超えて高いと判断され続けた場合に、着火成功を判定する。更に、第2所定時間を燃焼部の温度の上昇速度が速いほど短い時間に設定する。
Moreover, in any one structure of Claims 1-4, as in Claim 5, the ignition determination part is in a state where the temperature of the combustion part is higher than the minimum temperature exceeding the threshold and exceeds the second predetermined time. When it continues, it is possible to determine the success of ignition in the supply state of the hydrogen-containing gas , and the second predetermined time can be set to a shorter time as the temperature rise rate of the combustion section is faster .
In such a configuration, even if the temperature at that time is determined to be higher than the minimum temperature by exceeding the threshold at the ignition determination timing, the ignition success is not immediately determined, and after that, the temperature exceeds the second predetermined time. If the temperature continues to be determined to be higher than the minimum temperature by exceeding the threshold, in other words, if the temperature continues to be determined to be higher than the minimum temperature by more than a predetermined number of times, the ignition is successful. judge. Further, the second predetermined time is set to a shorter time as the rate of temperature rise in the combustion section is faster.

また、請求項1〜5のいずれか1つの構成において、請求項6のように、燃焼装置が、燃焼部に設けた点火装置と、炭化水素系燃料から水素含有ガスへの移行開始前に、点火装置の点火動作を開始させ、かつ、着火判定部が着火成功を判定した後に、点火装置の点火動作を停止させる点火制御部と、を更に備えるようにするとよい。
かかる構成では、炭化水素系燃料から水素含有ガスへの移行開始前に予め点火装置の点火動作を開始させておき、着火判定部が着火成功を判定した後に遅れて点火装置の点火動作を停止させる。
Moreover, in any one structure of Claims 1-5, as the claim 6, before the start of the transition from the ignition device provided in the combustion unit and the hydrocarbon-based fuel to the hydrogen-containing gas, It is preferable to further include an ignition control unit that starts the ignition operation of the ignition device and stops the ignition operation of the ignition device after the ignition determination unit determines that the ignition is successful.
In such a configuration, the ignition operation of the ignition device is started in advance before the start of the transition from the hydrocarbon-based fuel to the hydrogen-containing gas, and the ignition operation of the ignition device is stopped after a delay after the ignition determination unit determines that the ignition is successful. .

請求項7の燃料電池システムは、請求項1〜6のいずれか1つに記載の燃焼装置における燃焼部を、改質装置に設けた触媒の加熱用として備え、燃焼部に供給する水素含有ガスとして、燃料電池から排出されるオフガスを用いる構成とした。
かかる構成によると、改質装置に設けた触媒の加熱用としての燃焼部に対する燃料として、炭化水素系燃料から、燃料電池から排出されるオフガスへの移行がなされ、このオフガスの供給状態での着火判定を、前記最低温度に基づいて行わせる。
A fuel cell system according to claim 7 is provided with the combustion part in the combustion apparatus according to any one of claims 1 to 6 for heating a catalyst provided in the reformer, and supplied to the combustion part As described above, an off gas discharged from the fuel cell is used.
According to such a configuration, as a fuel for the combustion section for heating the catalyst provided in the reformer, the transition from the hydrocarbon-based fuel to the off-gas discharged from the fuel cell is performed, and the ignition in the off-gas supply state is performed. The determination is made based on the minimum temperature .

また、請求項8の燃料電池システムは、請求項1〜6のいずれか1つに記載の燃焼装置における燃焼部を、改質装置に設けた触媒の加熱用として備え、燃焼部に供給する水素含有ガスとして、改質装置が炭化水素系燃料を改質して生成した水素リッチ改質ガスを用いる構成とした。
かかる構成によると、改質装置に設けた触媒の加熱用としての燃焼部に対する燃料として、炭化水素系燃料から、炭化水素系燃料を改質装置で改質して生成した水素リッチ改質ガスへの移行がなされ、この水素リッチ改質ガスの供給状態での着火判定を、前記最低温度に基づいて行わせる。
A fuel cell system according to claim 8 is provided with a combustion section in the combustion apparatus according to any one of claims 1 to 6 for heating a catalyst provided in the reformer and supplied to the combustion section. A hydrogen rich reformed gas generated by reforming a hydrocarbon-based fuel by the reformer is used as the contained gas.
According to such a configuration, as a fuel for the combustion portion for heating the catalyst provided in the reformer, the hydrocarbon fuel is changed to the hydrogen-rich reformed gas generated by reforming the hydrocarbon fuel with the reformer. The ignition determination in the supply state of the hydrogen-rich reformed gas is performed based on the minimum temperature .

請求項9の燃焼部の着火判定方法は、燃料として炭化水素系燃料と水素含有ガスとが選択的に供給される燃焼部における着火判定を行う着火判定方法であって、炭化水素系燃料から水素含有ガスへの移行時における燃焼部の温度を最低温度の初期値とし、その後、周期的な着火判定タイミング毎にそれまでの最低温度よりも低い温度が検出されると最低温度を当該検出温度に更新し、着火判定タイミングにおいて燃焼部の温度が前記最低温度よりも閾値を超えて高い場合に水素含有ガスの供給状態での着火成功を判定するようにした。
かかる構成では、炭化水素系燃料から水素含有ガスへの移行時における燃焼部の温度を最低温度の初期値とし、その後、周期的な着火判定タイミング毎にそれまでの最低温度よりも低い温度が検出されると最低温度を当該検出温度に更新し、着火判定タイミングにおいて燃焼部の温度が前記最低温度よりも閾値を超えて高い場合、換言すれば、着火判定タイミングにおける温度が最低温度よりも高く、かつ、その差が閾値を超えている場合に、水素含有ガスの着火に成功したものと判定する。
An ignition determination method for a combustion section according to claim 9 is an ignition determination method for performing an ignition determination in a combustion section in which a hydrocarbon-based fuel and a hydrogen-containing gas are selectively supplied as fuel, wherein hydrogen is determined from hydrocarbon-based fuel. The temperature of the combustion section at the time of transition to the contained gas is set to the initial value of the minimum temperature, and if a temperature lower than the previous minimum temperature is detected at each periodic ignition judgment timing, the minimum temperature is set to the detected temperature. In the ignition determination timing, when the temperature of the combustion section is higher than the minimum temperature above the threshold, the ignition success in the supply state of the hydrogen-containing gas is determined.
In such a configuration, the temperature of the combustion section at the time of transition from the hydrocarbon-based fuel to the hydrogen-containing gas is set as the initial value of the minimum temperature, and then a temperature lower than the minimum temperature is detected at each periodic ignition determination timing. Then, the minimum temperature is updated to the detected temperature, and when the temperature of the combustion part is higher than the minimum temperature above the threshold at the ignition determination timing, in other words, the temperature at the ignition determination timing is higher than the minimum temperature, And when the difference is over the threshold value, it determines with having succeeded in ignition of hydrogen containing gas.

上記発明によると、温度の最低値を基準に、燃焼部における温度上昇を判断するので、着火成功による温度上昇を高応答・高精度に判定でき、また、複数の温度センサを必要とせず、コストを抑えることができる。   According to the above invention, since the temperature rise in the combustion section is determined based on the lowest temperature value, the temperature rise due to successful ignition can be determined with high response and high accuracy, and a plurality of temperature sensors are not required and the cost is reduced. Can be suppressed.

実施形態における燃料電池システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system in an embodiment. 実施形態におけるバーナ燃焼器及び改質器を示す一部断面図である。It is a partial sectional view showing a burner combustor and a reformer in an embodiment. 実施形態においてオフガスをバーナ燃料として用いる場合の燃料電池システムの起動処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the starting process of a fuel cell system in case off gas is used as burner fuel in embodiment. 実施形態において水素リッチ改質ガスをバーナ燃料として用いる場合の燃料電池システムの起動処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the starting process of a fuel cell system in case hydrogen rich reformed gas is used as burner fuel in embodiment. バーナ燃料の移行時における着火判定処理の第1実施形態を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows 1st Embodiment of the ignition determination process at the time of transfer of a burner fuel. 実施形態におけるバーナ燃料の移行処理及び着火判定処理を、燃焼部の温度変化と共に示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the transfer process and ignition determination process of the burner fuel in embodiment with the temperature change of a combustion part. 実施形態におけるバーナ燃料の移行処理及び着火判定処理を、燃焼部の温度変化と共に示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the transfer process and ignition determination process of the burner fuel in embodiment with the temperature change of a combustion part. バーナ燃料の移行時における着火判定処理の第2実施形態を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows 2nd Embodiment of the ignition determination process at the time of transfer of a burner fuel.

以下に本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明に係る燃焼装置を含む燃料電池システムを示す構成ブロック図である。
本実施形態における燃料電池システムは、原燃料として灯油などの炭化水素系燃料を用いて発電を行なうものである。
Embodiments of the present invention will be described below.
FIG. 1 is a block diagram showing a fuel cell system including a combustion apparatus according to the present invention.
The fuel cell system in this embodiment performs power generation using a hydrocarbon fuel such as kerosene as a raw fuel.

図1に示すように、燃料電池システム1は、脱硫器2、改質装置として燃料処理システム(以下「FPS」とする)3、固体高分子形燃料電池(以下「PEFC」とする)スタック4、インバータ5、及び、これらを収容する筐体6を備えている。
脱硫器2は、外部から供給される炭化水素系燃料から硫黄分を除去するものである。この脱硫器2は、脱硫触媒及びヒータを備え、脱硫触媒は、ヒータによって例えば220℃〜230℃に加熱され、炭化水素系燃料の脱硫処理に用いられる。
As shown in FIG. 1, a fuel cell system 1 includes a desulfurizer 2, a fuel processing system (hereinafter referred to as “FPS”) 3 as a reformer, and a polymer electrolyte fuel cell (hereinafter referred to as “PEFC”) stack 4. And an inverter 5 and a housing 6 for housing them.
The desulfurizer 2 removes sulfur from a hydrocarbon fuel supplied from the outside. The desulfurizer 2 includes a desulfurization catalyst and a heater, and the desulfurization catalyst is heated to, for example, 220 ° C. to 230 ° C. by the heater and used for desulfurization treatment of hydrocarbon fuel.

FPS3は、炭化水素系燃料を改質して改質ガス(水素リッチ改質ガス)を生成するものであり、改質器(水素生成器)7,バーナ燃焼器(燃焼部)8,変成器9及び選択酸化器11を有している。
改質器7は、脱硫処理後の炭化水素系燃料と水蒸気とを改質触媒で水蒸気改質反応させて、水素を含有する水蒸気改質ガスを生成する。
バーナ燃焼器8は、改質器7の改質触媒を加熱することで、水蒸気改質反応に必要な熱量を供給する。
The FPS 3 reforms a hydrocarbon-based fuel to generate a reformed gas (hydrogen-rich reformed gas). The reformer (hydrogen generator) 7, the burner combustor (combustion unit) 8, and the transformer 9 and a selective oxidizer 11.
The reformer 7 generates a steam reformed gas containing hydrogen by subjecting the hydrocarbon-based fuel and steam after the desulfurization process to a steam reforming reaction using a reforming catalyst.
The burner combustor 8 supplies the amount of heat necessary for the steam reforming reaction by heating the reforming catalyst of the reformer 7.

変成器9は、改質器7が生成した水蒸気改質ガスを水性シフト反応させて、一酸化炭素COの濃度を低下させたシフト改質ガスを生成する。
また、選択酸化器11は、変成器9が生成したシフト改質ガスを、空気の供給によって選択酸化反応させて一酸化炭素COの濃度を更に低下させ、PEFCスタック4における発電反応に用いる改質ガス(水素リッチ改質ガス)を生成する。
The transformer 9 performs an aqueous shift reaction of the steam reformed gas generated by the reformer 7 to generate a shift reformed gas in which the concentration of carbon monoxide CO is reduced.
In addition, the selective oxidizer 11 performs a selective oxidation reaction of the shift reformed gas generated by the transformer 9 by supplying air to further reduce the concentration of carbon monoxide CO, and the reformed gas used for the power generation reaction in the PEFC stack 4. Gas (hydrogen-rich reformed gas) is generated.

PEFCスタック4は、複数の電池セル(単セル)が複数直列接続されており、FPS3が生成した改質ガス(水素リッチ改質ガス)を用いて発電する。PEFCスタック4を構成する各電池セルは、アノードと、カソードと、アノード及びカソード間に配置した固体酸化物である電解質とを有しており、アノードに改質ガスを供給させると共に、カソードに空気を供給させることで、発電反応が行われる。
インバータ5は、前記PEFCスタック4が出力するDC電流をAC電流に変換する。
筐体6は、その内部に、前述の脱硫器2、FPS3、PEFCスタック4及びインバータ5をモジュール化して収容する。
The PEFC stack 4 includes a plurality of battery cells (single cells) connected in series, and generates power using the reformed gas (hydrogen-rich reformed gas) generated by the FPS 3. Each battery cell constituting the PEFC stack 4 includes an anode, a cathode, and an electrolyte that is a solid oxide disposed between the anode and the cathode, and supplies reformed gas to the anode and air to the cathode. The power generation reaction is performed by supplying.
The inverter 5 converts the DC current output from the PEFC stack 4 into an AC current.
The casing 6 accommodates the above-described desulfurizer 2, FPS 3, PEFC stack 4 and inverter 5 in a modular manner.

また、燃料電池システム1は、筐体6の外部からFPS3に炭化水素系燃料(LPGや都市ガスなどの気体燃料、又は、灯油などの液体燃料)を供給するための燃料ラインL1を備えている。
尚、本実施形態においては、前記炭化水素系燃料として灯油を用いる。
燃料ラインL1は、脱硫器2の下流側において、炭化水素系燃料を改質器7に供給する燃料ラインL11と、炭化水素系燃料をバーナ燃焼器8に供給する燃料ラインL12とに分岐する。
また、燃料ラインL11及び燃料ラインL12には、改質器7及びバーナ燃焼器8への炭化水素系燃料の供給量を調整する電磁バルブ12,13を設けてある。
The fuel cell system 1 also includes a fuel line L1 for supplying hydrocarbon fuel (gas fuel such as LPG or city gas or liquid fuel such as kerosene) to the FPS 3 from the outside of the housing 6. .
In the present embodiment, kerosene is used as the hydrocarbon fuel.
On the downstream side of the desulfurizer 2, the fuel line L 1 branches into a fuel line L 11 that supplies hydrocarbon fuel to the reformer 7 and a fuel line L 12 that supplies hydrocarbon fuel to the burner combustor 8.
The fuel line L11 and the fuel line L12 are provided with electromagnetic valves 12 and 13 for adjusting the amount of hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer 7 and the burner combustor 8, respectively.

更に、改質器7付近の燃料ラインL11には、水蒸気改質に用いる水(原料水)を改質器7に供給するための水ラインL2が連結されている。
この水ラインL2は水タンク15に連結し、また、水ラインL2には、改質器7への水の供給量を調整する電磁バルブ14を設けてある。
また、水タンク15には、筐体6の外部から水タンク15に水を供給する水ラインL21、及び、PEFCスタック4で反応により生成したプロセス水を回収する回収水ラインL22が連結されている。
Furthermore, a water line L2 for supplying water (raw water) used for steam reforming to the reformer 7 is connected to the fuel line L11 in the vicinity of the reformer 7.
The water line L2 is connected to the water tank 15, and the water line L2 is provided with an electromagnetic valve 14 for adjusting the amount of water supplied to the reformer 7.
The water tank 15 is connected to a water line L21 for supplying water to the water tank 15 from the outside of the housing 6 and a recovery water line L22 for recovering process water generated by the reaction in the PEFC stack 4. .

更に、水タンク15には、バーナ燃焼器8から排出された燃焼ガス(排出ガス)に含まれる水を回収する回収水ラインL23が連結されている。
前記回収水ラインL23を介した燃焼ガスからの水の回収は、バーナ燃焼器8において水素含有ガス(オフガス又は水素リッチ改質ガス)が燃焼される場合に行われるようになっている。
これは、バーナ燃焼器8において炭化水素系燃料を燃焼させた場合の燃焼ガスに比べて、水素含有ガスを燃焼させた場合の燃焼ガスには油成分が少なく、不純物の少ない水を回収できるためである。
尚、オフガスは、前記PEFCスタック4から排出される未反応水素を含む水素含有ガスであり、水素リッチ改質ガスは、前記FPS3で炭化水素系燃料を改質して生成された水素含有ガスである。
Further, the water tank 15 is connected to a recovered water line L23 for recovering water contained in the combustion gas (exhaust gas) discharged from the burner combustor 8.
Recovery of water from the combustion gas via the recovery water line L23 is performed when a hydrogen-containing gas (off-gas or hydrogen-rich reformed gas) is burned in the burner combustor 8.
This is because the combustion gas when the hydrogen-containing gas is combusted has less oil components and can collect water with less impurities compared to the combustion gas when the hydrocarbon-based fuel is combusted in the burner combustor 8. It is.
The off-gas is a hydrogen-containing gas containing unreacted hydrogen discharged from the PEFC stack 4, and the hydrogen-rich reformed gas is a hydrogen-containing gas generated by reforming a hydrocarbon-based fuel with the FPS 3. is there.

また、バーナ燃焼器8には、筐体6の外部から空気をバーナ燃焼器8に供給するためのバーナ用空気ラインL31が連結されており、このバーナ用空気ラインL31には、バーナ燃焼器8への空気の供給量を調整する電磁バルブ16を設けてある。
また、PEFCスタック4は、改質ガス供給ラインL4を介してFPS3と接続されており、PEFCスタック4に対し、前記改質ガス供給ラインL4を介して改質ガス(水素リッチ改質ガス)が供給される。
The burner combustor 8 is connected to a burner air line L31 for supplying air from the outside of the housing 6 to the burner combustor 8. The burner combustor 8 is connected to the burner air line L31. An electromagnetic valve 16 is provided for adjusting the amount of air supplied to the air.
The PEFC stack 4 is connected to the FPS 3 via the reformed gas supply line L4, and the reformed gas (hydrogen-rich reformed gas) is supplied to the PEFC stack 4 via the reformed gas supply line L4. Supplied.

また、前記改質ガス供給ラインL4の途中から分岐し、前記バーナ燃焼器8に接続されるバーナ用改質ガス供給ラインL14が設けられ、このバーナ用改質ガス供給ラインL14に設けた電磁バルブ26と、前記バーナ用改質ガス供給ラインL14の分岐部よりも下流側の改質ガス供給ラインL4に設けた電磁バルブ27とを制御することで、FPS3が生成した改質ガス(水素リッチ改質ガス)を直接バーナ燃焼器8に供給できるようになっている。
また、PEFCスタック4には、筐体6の外部から空気を導入するための空気導入ラインL32が接続され、この空気導入ラインL32には、PEFCスタック4への空気の供給量を調整する電磁バルブ17を設けてある。
Also, a burner reforming gas supply line L14 is provided which branches from the middle of the reforming gas supply line L4 and is connected to the burner combustor 8, and an electromagnetic valve provided in the burner reforming gas supply line L14. 26 and the electromagnetic valve 27 provided in the reformed gas supply line L4 downstream of the branch portion of the burner reformed gas supply line L14, the reformed gas (hydrogen-rich reformed gas) generated by the FPS3 is controlled. Quality gas) can be supplied directly to the burner combustor 8.
The PEFC stack 4 is connected to an air introduction line L32 for introducing air from the outside of the housing 6. The air introduction line L32 is an electromagnetic valve that adjusts the amount of air supplied to the PEFC stack 4. 17 is provided.

更に、PEFCスタック4には、発電反応に寄与しなかった水素を含むオフガスを排出させるためのオフガスラインL5が連結され、このオフガスラインL5の下流側は、バーナ燃焼器8に連結され、バーナ燃料としてオフガスがバーナ燃焼器8に供給されるようになっている。また、オフガスラインL5には、バーナ燃焼器8へのオフガスの供給量を調整する電磁バルブ18を設けてある。
上記のように、バーナ燃焼器8(燃焼部)には、炭化水素系燃料、オフガス(水素含有ガス)、水素リッチ改質ガス(水素含有ガス)のいずれかを、電磁バルブ13,18,26,27を制御することで、選択的に供給できるようになっている。
尚、バーナ用改質ガス供給ラインL14及び電磁バルブ26,27を備えないシステムであってもよく、この場合、炭化水素系燃料とオフガス(水素含有ガス)とのいずれかを選択的にバーナ燃焼器8(燃焼部)に供給することになる。
また、水素含有ガスの供給ラインとして、L14又はL5の少なくともいずれか一方を有していればよく、炭化水素系燃料と水素リッチ改質ガスとのいずれかを選択的にバーナ燃焼器8(燃焼部)に供給する構成とすることができる。
また、オフガスや改質ガスには炭化水素ガスであるメタンが含有される場合があるが、炭化水素を含有しているガスであっても、L14又はL5からバーナ燃焼器8に導入されるガスは水素含有ガスであるものとする。
また、炭化水素系燃料から水素含有ガス(オフガス及び/又は水素リッチ改質ガス)への移行は、主燃料が炭化水素系燃料から水素含有ガスに移行する構成であればよく、例えば、水素含油ガスに移行した後も、炭化水素燃料が量を減じて継続的にバーナ燃焼器8に供給される場合も、炭化水素系燃料から水素含有ガスへの移行に含まれるものとする。
Further, an offgas line L5 for discharging offgas containing hydrogen that has not contributed to the power generation reaction is connected to the PEFC stack 4, and the downstream side of the offgas line L5 is connected to the burner combustor 8, and burner fuel. As a result, off-gas is supplied to the burner combustor 8. The off gas line L5 is provided with an electromagnetic valve 18 for adjusting the amount of off gas supplied to the burner combustor 8.
As described above, the burner combustor 8 (combustion unit) is supplied with any one of hydrocarbon fuel, off-gas (hydrogen-containing gas), and hydrogen-rich reformed gas (hydrogen-containing gas) as electromagnetic valves 13, 18, 26. , 27 can be selectively supplied.
The system may not be provided with the burner reformed gas supply line L14 and the electromagnetic valves 26 and 27. In this case, either the hydrocarbon fuel or the off-gas (hydrogen-containing gas) is selectively burned. Will be supplied to the vessel 8 (combustion section).
Further, it is sufficient that the hydrogen-containing gas supply line has at least one of L14 and L5, and either the hydrocarbon fuel or the hydrogen-rich reformed gas is selectively burned by the burner combustor 8 (combustion). Part).
Further, methane, which is a hydrocarbon gas, may be contained in the off-gas or reformed gas, but even if it is a gas containing hydrocarbon, the gas introduced into the burner combustor 8 from L14 or L5. Is a hydrogen-containing gas.
Further, the transition from the hydrocarbon-based fuel to the hydrogen-containing gas (off-gas and / or hydrogen-rich reformed gas) may be any configuration in which the main fuel is transferred from the hydrocarbon-based fuel to the hydrogen-containing gas. Even after the transition to the gas, the case where the hydrocarbon fuel is continuously reduced and supplied to the burner combustor 8 is included in the transition from the hydrocarbon-based fuel to the hydrogen-containing gas.

ここで、前記改質器7及びバーナ燃焼器(燃焼部)8の構造を詳細に説明する。
図2は、図1に示した改質器7及びバーナ燃焼器8の一部断面図である。
この図2に示すように、バーナ燃焼器(燃焼部)8は、バーナ燃料(炭化水素系燃料、オフガス、水素リッチ改質ガス)を空気と共に噴射するバーナ部19、及び、バーナ燃焼を行うための燃焼筒21を有している。
Here, the structure of the said reformer 7 and the burner combustor (combustion part) 8 is demonstrated in detail.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the reformer 7 and the burner combustor 8 shown in FIG.
As shown in FIG. 2, the burner combustor (combustion unit) 8 is configured to inject burner fuel (hydrocarbon fuel, off gas, hydrogen rich reformed gas) together with air, and to perform burner combustion. The combustion cylinder 21 is provided.

前記バーナ部19には、前記燃料ラインL12、オフガスラインL5、バーナ用空気ラインL31、バーナ用改質ガス供給ラインL14が連結され、また、連続して点火動作を行える点火装置としてイグナイタ22が設けられており、バーナ燃料は、前記イグナイタ22の火花点火によって着火燃焼する。
灯油などの液体の炭化水素系燃料を用いる場合、燃料ラインL12又はバーナ燃焼器内部に気化器(図示省略)を配置してあり、灯油などの液体の炭化水素系燃料は、この気化器による気化後に燃焼筒21に供給される。
燃焼筒21は、バーナ燃焼空間Sを画定し、この燃焼筒21内で燃焼が行われる。また、この燃焼筒21には、該燃焼筒21内の温度T(燃焼部の温度)を検出する温度センサ(熱電対)23が備えられている。
The burner unit 19 is connected to the fuel line L12, off-gas line L5, burner air line L31, and burner reformed gas supply line L14, and an igniter 22 is provided as an ignition device capable of performing an ignition operation continuously. The burner fuel is ignited and burned by the spark ignition of the igniter 22.
In the case of using a liquid hydrocarbon fuel such as kerosene, a vaporizer (not shown) is disposed in the fuel line L12 or the burner combustor, and the liquid hydrocarbon fuel such as kerosene is vaporized by this vaporizer. It is supplied to the combustion cylinder 21 later.
The combustion cylinder 21 defines a burner combustion space S, and combustion is performed in the combustion cylinder 21. Further, the combustion cylinder 21 is provided with a temperature sensor (thermocouple) 23 for detecting a temperature T (temperature of the combustion part) in the combustion cylinder 21.

一方、燃焼筒21の外側を囲むように、円筒状の改質器筐体24が配置され、燃焼筒21の外周面と、改質器筐体24の内周面との間に、環状の触媒収容空間SCが形成される。
触媒収容空間SCには、環状に形成された改質触媒容器25が、改質器筐体24の内周面及び燃焼筒21の外周面に対してそれぞれに隙間SR1,SR2を有して挿置され、かつ、改質触媒容器25のバーナ燃焼器8側の端面と、改質器筐体24のバーナ燃焼器8側の端面との間にも隙間SREが形成される。
On the other hand, a cylindrical reformer casing 24 is disposed so as to surround the outside of the combustion cylinder 21, and an annular shape is provided between the outer peripheral surface of the combustion cylinder 21 and the inner peripheral surface of the reformer casing 24. A catalyst housing space SC is formed.
In the catalyst housing space SC, a reforming catalyst container 25 formed in an annular shape is inserted into the inner peripheral surface of the reformer casing 24 and the outer peripheral surface of the combustion cylinder 21 with gaps SR1 and SR2, respectively. The gap SRE is also formed between the end surface of the reforming catalyst container 25 on the burner combustor 8 side and the end surface of the reformer casing 24 on the burner combustor 8 side.

改質触媒容器25には、例えば、ニッケル若しくはルテニウムを主成分とする触媒(改質触媒)25aが充填され、脱硫された炭化水素系燃料と水蒸気とからなる原料ガスを前記改質触媒25aで水蒸気改質反応させて、水素を含有する水蒸気改質ガスを生成する。
改質触媒容器25内には、改質触媒容器25内の環状空間を内外に隔成する仕切り壁25bが形成され、原料ガスは、改質触媒容器25の下方端から仕切り壁25bの内側に導入され、仕切り壁25bの内側の改質触媒25a中を下方から上方に向けて通過した後、バーナ燃焼器8側の端部で方向を転じて仕切り壁25aの外側の改質触媒25a中を上方から下方に向けて通過し、最終的に、改質触媒容器25の下方端から水蒸気改質ガスとして取り出される。
The reforming catalyst container 25 is filled with, for example, a catalyst (reforming catalyst) 25a mainly composed of nickel or ruthenium, and a raw material gas composed of desulfurized hydrocarbon fuel and water vapor is supplied to the reforming catalyst 25a. A steam reforming reaction is performed to produce a steam reformed gas containing hydrogen.
In the reforming catalyst container 25, a partition wall 25b is formed that separates the annular space in the reforming catalyst container 25 from the inside to the outside, and the raw material gas flows from the lower end of the reforming catalyst container 25 to the inside of the partition wall 25b. After being introduced and passing through the reforming catalyst 25a on the inner side of the partition wall 25b from the lower side to the upper side, the direction is changed at the end on the burner combustor 8 side to pass through the reforming catalyst 25a on the outer side of the partition wall 25a. It passes from the upper side to the lower side, and is finally taken out from the lower end of the reforming catalyst container 25 as steam reformed gas.

改質器筐体24の下端側の周壁には、バーナ燃焼により発生する燃焼ガスを排出するため開口部24aが形成されており、燃焼筒21で発生した燃焼ガスは、前記燃焼筒21の外周面と改質触媒容器25の内周面とで挟まれる環状空間SR1を通って、バーナ燃焼器8側の端部に向けて移動した後、前記改質触媒容器25のバーナ燃焼器8側の端面を回り込むようにして、改質器筐体24の内周面と改質触媒容器25の外周面とで挟まれる環状空間SR2に入り、前記環状空間SR2をバーナ燃焼器8から離れる方向に移動した後、前記開口部24aを介して外部に排出される。
上記のようにして、燃焼筒21(燃焼部)で発生した高温の燃焼ガスが、改質触媒容器25の内周面及び外周面に沿って流れることで、改質触媒容器25内の改質触媒25a及び原料ガスが、前記改質触媒25aにおける吸熱反応に必要な温度(例えば700℃〜800℃)に加熱される。
An opening 24 a is formed in the peripheral wall on the lower end side of the reformer casing 24 to discharge combustion gas generated by burner combustion, and the combustion gas generated in the combustion cylinder 21 is outside the combustion cylinder 21. After moving toward the end on the burner combustor 8 side through the annular space SR1 sandwiched between the surface and the inner peripheral surface of the reforming catalyst container 25, the reformer catalyst container 25 on the burner combustor 8 side is then moved. Entering the annular space SR2 sandwiched between the inner peripheral surface of the reformer casing 24 and the outer peripheral surface of the reforming catalyst container 25 so as to wrap around the end surface and move in the direction away from the burner combustor 8. After that, it is discharged to the outside through the opening 24a.
As described above, the high-temperature combustion gas generated in the combustion cylinder 21 (combustion section) flows along the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the reforming catalyst container 25, so that the reforming in the reforming catalyst container 25 is performed. The catalyst 25a and the raw material gas are heated to a temperature (for example, 700 ° C. to 800 ° C.) necessary for the endothermic reaction in the reforming catalyst 25a.

また、前記燃料電池システム1は、図2に示すように、運転時にシステム全体を制御する制御装置30を備えている。
前記制御装置30は、マイクロプロセッサを含んで構成され、電磁バルブ13,16,18,26,27を制御することで、バーナ燃焼器8に対する燃料(炭化水素系燃料、オフガス、水素リッチ改質ガス)及び空気の供給をそれぞれ制御し、また、電磁バルブ12,14を制御することで、改質器7に対する炭化水素系燃料及び原料水の供給量をそれぞれ制御する。
Further, as shown in FIG. 2, the fuel cell system 1 includes a control device 30 that controls the entire system during operation.
The control device 30 includes a microprocessor, and controls the electromagnetic valves 13, 16, 18, 26, and 27 to control the fuel for the burner combustor 8 (hydrocarbon fuel, off gas, hydrogen rich reformed gas). ) And air supply, and the solenoid valves 12 and 14 are controlled to control the amount of hydrocarbon fuel and raw water supplied to the reformer 7, respectively.

図3は、燃料電池システム1の起動時に、制御装置30により実行される制御処理手順を示すフローチャートである。
尚、図3のフローチャートに示す処理手順は、バーナ燃焼器8に対して供給する燃料として、炭化水素系燃料とオフガス(水素含有ガス)とのいずれかを選択的に用いる場合を示す。
図3のフローチャートに示す制御処理は、例えば、起動スイッチ31のオン操作信号が制御装置30に入力されることで開始される。
まず、電磁バルブ13,16を制御して、バーナ燃焼器8に炭化水素系燃料及び空気を供給し(S101)、イグナイタ22によって着火燃焼させる。これにより、バーナ燃焼器8の燃焼排ガスが改質触媒25aを加熱するようになる。
FIG. 3 is a flowchart showing a control processing procedure executed by the control device 30 when the fuel cell system 1 is started.
The processing procedure shown in the flowchart of FIG. 3 shows a case where either hydrocarbon-based fuel or off-gas (hydrogen-containing gas) is selectively used as the fuel supplied to the burner combustor 8.
The control process shown in the flowchart of FIG. 3 is started, for example, when an ON operation signal of the start switch 31 is input to the control device 30.
First, the solenoid valves 13 and 16 are controlled to supply hydrocarbon fuel and air to the burner combustor 8 (S101), and the igniter 22 performs ignition and combustion. Thereby, the combustion exhaust gas of the burner combustor 8 heats the reforming catalyst 25a.

FPS3で改質ガスが生成されるようになるまでは、バーナ燃焼器8に供給できるオフガスが発生しないので、起動時はバーナ燃料として灯油などの炭化水素系燃料を用い、改質熱を発生させる。
燃料電池システム1の起動時には、炭化水素系燃料が燃焼することで、燃焼部の温度Tが常温から急激に上昇し、かつ、燃料としての炭化水素系燃料を安定して供給できるので、着火判定は、燃焼部温度の上昇速度が判定速度を超えたことや、燃焼部温度が着火判定温度を超えたことなどに基づいて高精度に行える。
Until the reformed gas is generated in the FPS 3, no off-gas that can be supplied to the burner combustor 8 is generated. Therefore, at the time of start-up, a hydrocarbon-based fuel such as kerosene is used as the burner fuel to generate reformed heat. .
When the fuel cell system 1 is started up, the hydrocarbon fuel burns, so that the temperature T of the combustion part rises rapidly from room temperature, and the hydrocarbon fuel as the fuel can be stably supplied. Can be performed with high accuracy based on the fact that the rising speed of the combustion section temperature exceeds the determination speed or the combustion section temperature exceeds the ignition determination temperature.

バーナ燃焼器8における炭化水素系燃料の燃焼によって改質触媒25aの温度が高まると、FPS3における改質ガス(水素リッチ改質ガス)の生成を開始させるべく、電磁バルブ12,14を制御して、改質器7に向けて炭化水素系燃料及び原料水(原料ガス)を供給する(S102)。
前記原料ガスの供給によって、FPS3により改質ガス(水素リッチ改質ガス)が生成され、生成された改質ガス(水素リッチ改質ガス)を、改質ガス供給ラインL4を介してPEFCスタック4に供給させる。
When the temperature of the reforming catalyst 25a increases due to combustion of the hydrocarbon fuel in the burner combustor 8, the electromagnetic valves 12 and 14 are controlled to start the generation of reformed gas (hydrogen-rich reformed gas) in the FPS 3. Then, hydrocarbon fuel and raw water (raw gas) are supplied to the reformer 7 (S102).
By supplying the raw material gas, a reformed gas (hydrogen-rich reformed gas) is generated by the FPS 3, and the generated reformed gas (hydrogen-rich reformed gas) is supplied to the PEFC stack 4 via the reformed gas supply line L4. To supply.

また、電磁バルブ17を制御して、PEFCスタック4のカソードに空気を供給する(S103)。
PEFCスタック4への発電用空気の供給の開始は、改質器7に対する原料ガスの供給開始前、又は、改質器7に対する原料ガスの供給開始と同時であってもよい。
その後、PEFCスタック4が所定の温度まで昇温された後、PEFCスタック4から電流を取り出すことにより、PEFCスタック4による発電が開始される。このとき、PEFCスタック4からはオフガスが排出される。
Further, the electromagnetic valve 17 is controlled to supply air to the cathode of the PEFC stack 4 (S103).
The supply of power generation air to the PEFC stack 4 may be started before the supply of the raw material gas to the reformer 7 or at the same time as the supply of the raw material gas to the reformer 7 is started.
Thereafter, after the temperature of the PEFC stack 4 is raised to a predetermined temperature, power is taken out from the PEFC stack 4 by taking out a current from the PEFC stack 4. At this time, off-gas is discharged from the PEFC stack 4.

PEFCスタック4からオフガスが排出されるようになると、バーナ燃料を炭化水素系燃料からオフガス(水素含有ガス)に移行させるために、まず、電磁バルブ13を制御して、バーナ燃焼器8への炭化水素系燃料の供給を停止し(S104)、続いて電磁バルブ18を制御してバーナ燃焼器8にオフガスを供給させる(S105)。このとき、電磁バルブ16を制御して、オフガスの燃焼に最適な空気の供給量に制御する。
尚、電磁バルブ18を制御してオフガスの供給を開始し、続いて電磁バルブ13を制御して炭化水素系燃料の供給を停止させてもよい。
When off-gas is discharged from the PEFC stack 4, in order to shift the burner fuel from the hydrocarbon-based fuel to off-gas (hydrogen-containing gas), first, the electromagnetic valve 13 is controlled to carbonize the burner combustor 8. The supply of hydrogen-based fuel is stopped (S104), and then the electromagnetic valve 18 is controlled to supply off-gas to the burner combustor 8 (S105). At this time, the electromagnetic valve 16 is controlled so that the air supply amount is optimal for the combustion of off-gas.
The supply of the off-gas may be started by controlling the electromagnetic valve 18 and then the supply of the hydrocarbon fuel may be stopped by controlling the electromagnetic valve 13.

上記のように、バーナ燃焼器8へ供給されるバーナ燃料として、起動直後は炭化水素系燃料を用いるが、PEFCスタック4による発電が開始され、PEFCスタック4からオフガス(水素含有ガス)が排出されるようになると、バーナ燃焼器8へ供給するバーナ燃料を、炭化水素系燃料からオフガス(水素含有ガス)に移行させるようになっている。
また、制御装置30(点火制御部)は、バーナ燃料の炭化水素系燃料からオフガスへの移行時は、移行開始前から、イグナイタ22による短周期での火花点火動作を開始させ、オフガス(水素含有ガス)をバーナ燃料とする状態で着火成功を判定すると、その後にイグナイタ22による短周期での火花点火動作を停止させるようになっている。
As described above, hydrocarbon fuel is used as the burner fuel supplied to the burner combustor 8 immediately after startup, but power generation by the PEFC stack 4 is started, and off-gas (hydrogen-containing gas) is discharged from the PEFC stack 4. Then, the burner fuel supplied to the burner combustor 8 is shifted from hydrocarbon fuel to off-gas (hydrogen-containing gas).
Further, the control device 30 (ignition control unit) starts a spark ignition operation in a short cycle by the igniter 22 before the start of the transition when the burner fuel is shifted from the hydrocarbon-based fuel to the off-gas, and the off-gas (hydrogen-containing) When it is determined that the ignition has succeeded in a state where the gas) is burner fuel, the spark ignition operation in a short cycle by the igniter 22 is thereafter stopped.

尚、前記炭化水素系燃料からオフガスへの移行処理においては、炭化水素系燃料の供給停止とオフガスの供給開始とを略同時に行っても良いし、また、炭化水素系燃料の供給停止に先立ってオフガスの供給を開始させ、その後、炭化水素系燃料の供給を停止させることで、炭化水素系燃料とオフガスとの双方をバーナ燃焼器8に供給させる混焼工程を、炭化水素系燃料を燃焼させる工程とオフガスを燃焼させる行程との間に設定することができる。
また、前記炭化水素系燃料から水素リッチ改質ガス(水素含有ガス)へ移行させることもでき、係るバーナ燃料の移行処理を行わせる場合の処理手順を、図4のフローチャートに従って説明する。
In the transition process from the hydrocarbon-based fuel to the off-gas, the supply of the hydrocarbon-based fuel may be stopped and the supply of the off-gas may be started substantially simultaneously, or prior to the stop of the supply of the hydrocarbon-based fuel. A process of combusting a hydrocarbon-based fuel is a mixed combustion step of supplying both the hydrocarbon-based fuel and off-gas to the burner combustor 8 by starting the supply of off-gas and then stopping the supply of hydrocarbon-based fuel. And the stroke of burning off-gas.
Moreover, it is also possible to shift from the hydrocarbon-based fuel to a hydrogen-rich reformed gas (hydrogen-containing gas), and the processing procedure for performing the burner fuel transfer processing will be described with reference to the flowchart of FIG.

図4のフローチャートに示す制御処理は、図3に示した処理と同様に、例えば、起動スイッチ31のオン操作信号が制御装置30に入力されることで開始される。
そして、まず、電磁バルブ13,16を制御して、バーナ燃焼器8に炭化水素系燃料及び空気を供給し(S111)、イグナイタ22によって着火燃焼させる。これにより、バーナ燃焼器8の燃焼排ガスが改質触媒25aを加熱するようになる。
The control process shown in the flowchart of FIG. 4 is started, for example, when an ON operation signal of the start switch 31 is input to the control device 30 as in the process shown in FIG.
First, the solenoid valves 13 and 16 are controlled to supply hydrocarbon fuel and air to the burner combustor 8 (S111), and the igniter 22 performs ignition combustion. Thereby, the combustion exhaust gas of the burner combustor 8 heats the reforming catalyst 25a.

FPS3で改質ガスが生成されるようになるまでは、改質ガスをバーナとして用いることができないので、起動時はバーナ燃料として灯油などの炭化水素系燃料を用い、改質熱を発生させる。
燃料電池システム1の起動時には、炭化水素系燃料が着火燃焼することで、燃焼部の温度Tが常温から急激に上昇し、かつ、燃料としての炭化水素系燃料を安定して供給できるので、着火判定は、燃焼部温度の上昇速度が判定速度を超えたことや、燃焼部温度が着火判定温度を超えたことなどに基づいて高精度に行える。
Until the reformed gas is generated in the FPS 3, the reformed gas cannot be used as a burner. Therefore, at the time of start-up, a hydrocarbon-based fuel such as kerosene is used as the burner fuel to generate reformed heat.
When the fuel cell system 1 is started, the hydrocarbon-based fuel is ignited and burned, so that the temperature T of the combustion part rises rapidly from the normal temperature and the hydrocarbon-based fuel as the fuel can be stably supplied. The determination can be performed with high accuracy based on the fact that the rising speed of the combustion section temperature exceeds the determination speed, the combustion section temperature exceeds the ignition determination temperature, and the like.

バーナ燃焼器8における炭化水素系燃料の燃焼によって改質触媒25aの温度が高まると、FPS3における改質ガス(水素リッチ改質ガス)の生成を開始させるべく、電磁バルブ12,14を制御して、改質器7に向けて炭化水素系燃料及び原料水(原料ガス)を供給する(S112)。
前記原料ガスの供給によって、FPS3により改質ガス(水素リッチ改質ガス)が生成されるようになると、バーナ燃料を炭化水素系燃料から改質ガス(水素リッチ改質ガス)に移行させるために、まず、電磁バルブ13を制御して、バーナ燃焼器8への炭化水素系燃料の供給を停止し(S113)、続いて電磁バルブ26,27を制御してバーナ燃焼器8に改質ガス(水素リッチ改質ガス)を供給させる(S114)。
尚、電磁バルブ26、27を制御してオフガスの供給を開始し、続いて電磁バルブ13を制御して炭化水素系燃料の供給を停止させてもよい。
When the temperature of the reforming catalyst 25a increases due to combustion of the hydrocarbon fuel in the burner combustor 8, the electromagnetic valves 12 and 14 are controlled to start the generation of reformed gas (hydrogen-rich reformed gas) in the FPS 3. Then, hydrocarbon fuel and raw water (raw gas) are supplied to the reformer 7 (S112).
When the reformed gas (hydrogen-rich reformed gas) is generated by the FPS3 by supplying the raw material gas, the burner fuel is transferred from the hydrocarbon-based fuel to the reformed gas (hydrogen-rich reformed gas). First, the electromagnetic valve 13 is controlled to stop the supply of hydrocarbon fuel to the burner combustor 8 (S113). Subsequently, the electromagnetic valves 26 and 27 are controlled to supply the reformed gas ( Hydrogen-rich reformed gas) is supplied (S114).
The supply of off-gas may be started by controlling the electromagnetic valves 26 and 27, and then the supply of hydrocarbon fuel may be stopped by controlling the electromagnetic valve 13.

このとき、電磁バルブ16を制御して、改質ガス(水素リッチ改質ガス)の燃焼に最適な空気の供給量に制御し、また、改質ガス(水素リッチ改質ガス)をバーナ燃焼器8と共にPEFCスタック4に対しても十分に供給できるようになると、前記電磁バルブ26,27を制御して、バーナ燃焼器8とPEFCスタック4との双方に改質ガス(水素リッチ改質ガス)供給させる。
次いで、電磁バルブ17を制御して、PEFCスタック4のカソードに空気を供給する(S115)。PEFCスタック4への発電用空気の供給の開始は、改質器7に対する原料ガスの供給開始前、又は、改質器7に対する原料ガスの供給開始と同時であってもよい。
At this time, the electromagnetic valve 16 is controlled to control the supply amount of air that is optimal for the combustion of the reformed gas (hydrogen-rich reformed gas), and the reformed gas (hydrogen-rich reformed gas) is burner combustor. 8 and the PEFC stack 4 can be supplied sufficiently, the electromagnetic valves 26 and 27 are controlled to provide reformed gas (hydrogen-rich reformed gas) to both the burner combustor 8 and the PEFC stack 4. Supply.
Next, the electromagnetic valve 17 is controlled to supply air to the cathode of the PEFC stack 4 (S115). The supply of power generation air to the PEFC stack 4 may be started before the supply of the raw material gas to the reformer 7 or at the same time as the supply of the raw material gas to the reformer 7 is started.

その後、PEFCスタック4が所定の温度まで昇温された後、PEFCスタック4から電流を取り出すことにより、PEFCスタック4による発電が開始される。このとき、PEFCスタック4からはオフガスが排出されるが、ここで、バーナ燃焼器8に供給する燃料を改質ガス(水素リッチ改質ガス)からオフガスに移行させても良い。
尚、前記炭化水素系燃料から改質ガス(水素リッチ改質ガス)への移行処理においても炭化水素系燃料の供給停止に先立って改質ガス(水素リッチ改質ガス)の供給を開始させ、その後、炭化水素系燃料の供給を停止させることで、炭化水素系燃料と改質ガス(水素リッチ改質ガス)との双方をバーナ燃焼器8に供給させる混焼工程を、炭化水素系燃料を燃焼させる工程とオフガスを燃焼させる行程との間に設定することができる。
Thereafter, after the temperature of the PEFC stack 4 is raised to a predetermined temperature, power is taken out from the PEFC stack 4 by taking out a current from the PEFC stack 4. At this time, off-gas is discharged from the PEFC stack 4, but the fuel supplied to the burner combustor 8 may be shifted from the reformed gas (hydrogen-rich reformed gas) to the off-gas.
In the transition process from the hydrocarbon-based fuel to the reformed gas (hydrogen-rich reformed gas), the supply of the reformed gas (hydrogen-rich reformed gas) is started prior to stopping the supply of the hydrocarbon-based fuel, Thereafter, by stopping the supply of the hydrocarbon-based fuel, a combustion process in which both the hydrocarbon-based fuel and the reformed gas (hydrogen-rich reformed gas) are supplied to the burner combustor 8 is combusted. It can set between the process to make and the process to burn off gas.

ここで、制御装置30による炭化水素系燃料から水素含有ガス(オフガス又は水素リッチ改質ガス)への移行時における着火判定処理の様子、換言すれば、制御装置30の着火判定部としての機能(着火判定方法)を、図5のフローチャートを用いて説明する。
まず、バーナ燃料の移行処理に伴う温度変化の検出を開始させるタイミング(炭化水素系燃料から水素含有ガスへの移行時)であるか否かを判断する(ステップS201)。
Here, the state of the ignition determination process at the time of transition from the hydrocarbon-based fuel to the hydrogen-containing gas (off gas or hydrogen-rich reformed gas) by the control device 30, in other words, the function as the ignition determination unit of the control device 30 ( The ignition determination method) will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, it is determined whether or not it is time to start detection of a temperature change associated with the burner fuel transition process (at the time of transition from a hydrocarbon-based fuel to a hydrogen-containing gas) (step S201).

前記温度変化の検出開始タイミングは、例えば、炭化水素系燃料から水素含有ガスへの移行条件が成立した時点(例えば、オフガスや水素リッチ改質ガスの発生判定時点)や、バーナ燃料の移行処理に先立ってイグナイタ22による点火動作を開始した時点や、移行開始から所定時間だけ前の時点や、炭化水素系燃料の供給遮断時点や、水素含有ガスの供給開始時点や、炭化水素系燃料の供給遮断時点又は水素含有ガスの供給開始時点から所定時間後に設定することができる。
温度変化の検出開始タイミングになると(換言すれば、炭化水素系燃料から水素含有ガスへの移行時であると判断されると)、そのときに前記温度センサ23で検出された燃焼筒21内の温度(燃焼部の温度)Tを読み込む(ステップS202)。
The detection start timing of the temperature change is, for example, when a transition condition from a hydrocarbon-based fuel to a hydrogen-containing gas is satisfied (for example, when generation of off-gas or hydrogen-rich reformed gas is determined), or for burner fuel transition processing. When ignition operation by the igniter 22 is started in advance, when a predetermined time has elapsed from the start of transition, when supply of hydrocarbon fuel is cut off, when supply of hydrogen-containing gas starts, and when supply of hydrocarbon fuel is cut off It can be set after a predetermined time from the point in time or the supply start point of the hydrogen-containing gas.
When the temperature change detection start timing comes (in other words, when it is determined that the transition from the hydrocarbon-based fuel to the hydrogen-containing gas), the inside of the combustion cylinder 21 detected by the temperature sensor 23 at that time is detected. Temperature (combustion part temperature) T is read (step S202).

次いで、温度変化の検出開始タイミングにおいて読み込んだ温度Tを、初期値として最低温度Tminにセットする(ステップS203)。
次いで、前記検出開始タイミングからの経過時間が最大判定時間(例えば4分〜10分程度)に達しているか否か、換言すれば、炭化水素系燃料から水素含有ガスへの移行後に設定した判定終了タイミングに達しているか否かを判断する(ステップS204)。
前記検出開始タイミングから最大判定時間が経過した時点を、着火判定の終了タイミングとするものであり、前記検出開始タイミングからの経過時間が最大判定時間に達していなければ、水素含有ガス(オフガス又は水素リッチ改質ガス)の供給状態で着火に成功したか否かを判断させるべく、前記温度センサ23で検出された(最新の)燃焼筒21内の温度(燃焼部の温度)Tを読み込む(ステップS205)。
Next, the temperature T read at the temperature change detection start timing is set to the minimum temperature Tmin as an initial value (step S203).
Next, whether or not the elapsed time from the detection start timing has reached the maximum determination time (for example, about 4 to 10 minutes), in other words, the determination end set after the transition from the hydrocarbon fuel to the hydrogen-containing gas It is determined whether or not the timing has been reached (step S204).
The time when the maximum determination time has elapsed from the detection start timing is set as the ignition determination end timing. If the elapsed time from the detection start timing has not reached the maximum determination time, a hydrogen-containing gas (off gas or hydrogen In order to determine whether or not ignition has succeeded in the supply state of the rich reformed gas, the (latest) temperature in the combustion cylinder 21 detected by the temperature sensor 23 (the temperature of the combustion section) T is read (step S205).

そして、前回までの最低温度Tminと、今回検出した燃焼部の温度Tとを比較し(ステップS206)、前回までの最低温度Tminよりも今回検出した燃焼部の温度Tが低ければ、今回検出した燃焼部の温度Tを最低温度Tminにセットする(ステップS207)。
これにより、失火による温度降下中であれば、最低温度Tminは周期的に最新の検出温度に更新されることになる。
Then, the lowest temperature Tmin up to the previous time is compared with the temperature T of the combustion part detected this time (step S206), and if the temperature T of the combustion part detected this time is lower than the lowest temperature Tmin up to the previous time, it is detected this time. The temperature T of the combustion part is set to the minimum temperature Tmin (step S207).
Thereby, if the temperature is decreasing due to misfire, the minimum temperature Tmin is periodically updated to the latest detected temperature.

一方、今回検出した燃焼部の温度Tが前回までの最低温度Tmin以上であれば、最低温度Tminの更新は行わず、今回検出した燃焼部の温度Tから前回までの最低温度Tminを減算した温度(最低温度Tminからの最新温度の上昇分)が、閾値ΔT(例えば5℃〜10℃程度)以上であるか否かを判断する(ステップS208)。
換言すれば、今回の着火判定タイミングにおいて温度センサ23で検出された燃焼部の温度Tがそれまでの最低温度(最低値)Tminよりも閾値ΔT以上に高いか否かを判断する。
On the other hand, if the temperature T of the combustion section detected this time is equal to or higher than the minimum temperature Tmin until the previous time, the minimum temperature Tmin is not updated, and the temperature obtained by subtracting the minimum temperature Tmin from the previous time from the temperature T of the combustion section detected this time. It is determined whether or not (an increase in the latest temperature from the minimum temperature Tmin) is equal to or greater than a threshold ΔT (for example, about 5 ° C. to 10 ° C.) (step S208).
In other words, it is determined whether or not the temperature T of the combustion portion detected by the temperature sensor 23 at the current ignition determination timing is higher than the threshold value ΔT by a minimum temperature (minimum value) Tmin.

前記最低温度Tminを更新した場合(Tmin>Tであった場合)、及び、Tmin≦Tであって、かつ、今回検出した燃焼部の温度Tから前回までの最低温度Tminを減算した温度が閾値ΔT未満であると判断された場合には、再度、最大判定時間に達したか否かを判断する処理(ステップS204)に戻る。
これにより、最大判定時間に達するまでは、微小時間間隔(一定周期)の着火判定タイミング毎に、前回までの最低温度Tminと今回検出した燃焼部の温度Tとを比較して、最低温度Tminの更新処理、更に、Tmin≦Tであった場合には最低温度Tminと今回検出した燃焼部の温度Tとの比較が繰り返される。
When the minimum temperature Tmin is updated (when Tmin> T), and Tmin ≦ T, and the temperature obtained by subtracting the previous minimum temperature Tmin from the temperature T of the combustion section detected this time is a threshold value When it is determined that it is less than ΔT, the process returns to the process of determining whether or not the maximum determination time has been reached (step S204).
Thus, until the maximum determination time is reached, the minimum temperature Tmin until the previous time is compared with the temperature T of the combustion portion detected this time at every ignition determination timing at a minute time interval (constant period). The update process is repeated, and if Tmin ≦ T, the comparison between the lowest temperature Tmin and the temperature T of the combustion section detected this time is repeated.

このため、前記最低温度Tminは、温度変化の検出開始タイミング(炭化水素系燃料から水素含有ガスへの移行時)から今回の着火判定タイミングまでの間における燃焼部の温度Tの最低値を示すことになる。
そして、今回検出した燃焼部の温度Tから前回までの最低温度Tminを減算した温度(最低温度Tminからの最新温度の上昇分)が、閾値ΔT以上であると判断された場合には、水素含有ガス(オフガス又は水素リッチ改質ガス)の供給状態での着火成功を判定する(ステップS209)。
For this reason, the minimum temperature Tmin indicates the minimum value of the temperature T of the combusting section between the temperature change detection start timing (at the time of transition from the hydrocarbon-based fuel to the hydrogen-containing gas) and the current ignition determination timing. become.
Then, if it is determined that the temperature obtained by subtracting the previous minimum temperature Tmin from the temperature T of the combustion section detected this time (the increase in the latest temperature from the minimum temperature Tmin) is greater than or equal to the threshold ΔT, Successful ignition in the supply state of gas (off-gas or hydrogen-rich reformed gas) is determined (step S209).

換言すれば、今回の着火判定タイミングにおいて温度センサ23で検出された燃焼部の温度Tが、検出開始タイミング(炭化水素系燃料から水素含有ガスへの移行時)から今回までの間における最低温度(最低値)Tminよりも閾値ΔT以上に高いと判断すると、水素含有ガス(オフガス又は水素リッチ改質ガス)の供給状態での着火成功を判定する。
着火成功を判定すると、その後遅れてイグナイタ22の点火動作を停止させ、停止指令が発生するまで燃料電池システムの運転を継続させる。
In other words, the temperature T of the combustion portion detected by the temperature sensor 23 at the current ignition determination timing is the lowest temperature (from the detection start timing (at the time of transition from hydrocarbon-based fuel to hydrogen-containing gas)) until this time ( If it is determined that the threshold value ΔT is higher than the minimum value Tmin, the ignition success in the supply state of the hydrogen-containing gas (off-gas or hydrogen-rich reformed gas) is determined.
When the ignition success is determined, the ignition operation of the igniter 22 is stopped later, and the operation of the fuel cell system is continued until a stop command is generated.

一方、着火判定を開始してからの経過時間が前記最大判定時間に達するまでの間に(着火判定の終了タイミングになるまでの間に)、一定周期毎に最低温度Tminと検出温度Tとの比較(着火判定処理)を繰り返しても、着火成功が判定されなかった場合には、最大判定時間に達するまでの間の最低温度Tminと、水素含有ガス(オフガス又は水素リッチ改質ガス)の供給状態での下限燃焼温度Thとを比較する(ステップS210)。
前記下限燃焼温度Thは、水素含有ガス(オフガス又は水素リッチ改質ガス)を燃焼させたときの燃焼部温度Tの下限値であり、水素含有ガスが継続して燃焼していれば、燃焼部の温度Tが下回ることがない温度である。
On the other hand, between the minimum temperature Tmin and the detected temperature T for each fixed period until the elapsed time from the start of the ignition determination reaches the maximum determination time (until the end timing of the ignition determination). If the ignition success is not determined even after repeating the comparison (ignition determination process), the minimum temperature Tmin until the maximum determination time is reached and the supply of the hydrogen-containing gas (off-gas or hydrogen-rich reformed gas) The lower limit combustion temperature Th in the state is compared (step S210).
The lower limit combustion temperature Th is a lower limit value of the combustion part temperature T when the hydrogen-containing gas (off-gas or hydrogen-rich reformed gas) is combusted, and if the hydrogen-containing gas is continuously burned, the combustion part Is a temperature at which the temperature T does not fall below.

最大判定時間に達した時点、即ち、判定終了タイミングにおける最低温度Tminが、下限燃焼温度Th以上である場合には、燃料を炭化水素系燃料から水素含有ガス(オフガス又は水素リッチ改質ガス)に移行させてから最大判定時間が経過するまでの間、燃焼部の温度Tが一度も下限燃焼温度Thを下回らず、下限燃焼温度Th以上の温度を維持したことを示す。
ここで、前述のように、下限燃焼温度Thは、水素含有ガスが継続して燃焼していれば、燃焼部の温度Tが下回ることがない温度であるから、最大判定時間だけ下限燃焼温度Th以上の温度を維持していた場合には、水素含有ガスの供給状態で着火に成功し、安定した燃焼状態を維持しているものと推定されるので、水素含有ガス(オフガス又は水素リッチ改質ガス)の供給状態での着火成功を判定する(ステップS209)。
When the maximum determination time is reached, that is, when the minimum temperature Tmin at the determination end timing is equal to or higher than the lower limit combustion temperature Th, the fuel is changed from hydrocarbon fuel to hydrogen-containing gas (off gas or hydrogen rich reformed gas). It shows that the temperature T of the combustion part has never fallen below the lower limit combustion temperature Th and has maintained the temperature equal to or higher than the lower limit combustion temperature Th until the maximum determination time has elapsed since the transition.
Here, as described above, the lower limit combustion temperature Th is a temperature at which the temperature T of the combustion section does not fall below if the hydrogen-containing gas continues to burn, and therefore the lower limit combustion temperature Th for the maximum determination time. If the above temperature is maintained, it is presumed that the ignition was successful in the supply state of the hydrogen-containing gas and the stable combustion state is maintained, so the hydrogen-containing gas (off-gas or hydrogen-rich reforming) The ignition success in the gas supply state is determined (step S209).

一方、判定終了タイミングにおける最低温度Tminが下限燃焼温度Th未満であった場合には、最大判定時間が経過するまでの間に、燃焼部温度Tが下限燃焼温度Th未満になったことがあること、換言すれば、一時的であったとしても失火が発生したことを示すから、着火に成功したとは判定できず、しかも、最低温度(最低値)Tminから閾値ΔT以上の温度上昇が最大判定時間内で発生しなかったので、既定時間内で着火状態に至らなかった着火失敗(タイムアウト:着火処理の時間切れ)を判定する(ステップS211)。
着火失敗(タイムアウト)を判定すると、アラーム(警告)を発し、空気・炭化水素系燃料・原料水などの供給を停止させて燃料電池システムをリセットする。
On the other hand, when the minimum temperature Tmin at the determination end timing is less than the lower limit combustion temperature Th, the combustion section temperature T may be less than the lower limit combustion temperature Th until the maximum determination time elapses. In other words, even if it is temporary, it indicates that a misfire has occurred. Therefore, it cannot be determined that the ignition has succeeded, and the temperature rise from the minimum temperature (minimum value) Tmin to the threshold ΔT or more is determined to be the maximum. Since it did not occur within the time, an ignition failure (timeout: time-out of the ignition process) that did not reach the ignition state within the predetermined time is determined (step S211).
If ignition failure (timeout) is determined, an alarm (warning) is issued, the supply of air, hydrocarbon fuel, raw water, etc. is stopped and the fuel cell system is reset.

次に、上記の着火判定処理の作用・効果を、図6のタイムチャートを参照しつつ説明する。
図6のタイムチャートは、バーナ燃料を、炭化水素系燃料から水素含有ガスに移行させたときの温度変化の一例を示す。
尚、図6では、バーナ燃料を炭化水素系燃料(灯油)とする工程を工程1とし、その後のバーナ燃料を水素含有ガス(オフガス又は水素リッチ改質ガス)とする工程を工程2として示してある。
Next, the operation and effect of the above-described ignition determination process will be described with reference to the time chart of FIG.
The time chart of FIG. 6 shows an example of a temperature change when the burner fuel is transferred from the hydrocarbon-based fuel to the hydrogen-containing gas.
In FIG. 6, the step of using the burner fuel as a hydrocarbon-based fuel (kerosene) is shown as step 1, and the step of using the burner fuel as a hydrogen-containing gas (off-gas or hydrogen-rich reformed gas) as step 2 is shown. is there.

図6に示す例では、時刻t2において、バーナ燃料を炭化水素系燃料から水素含有ガスに移行させるが、該移行時点(切り替え時点)t2よりも前の時刻t1から、イグナイタ22による点火動作を開始させ、水素含有ガスの着火性能を確保できるようにしている。
時刻t2において、炭化水素系燃料の供給を停止させ、略同時に水素含有ガスの供給を開始させ、炭化水素系燃料から水素含有ガスへ移行させる(切り替える)と、直後は、炭化水素系燃料と水素含有ガスとの混焼状態となり、燃焼部の温度は、切り替え以前の炭化水素系燃料の燃焼時における温度(例えば750℃程度)よりも一時的に上昇する場合がある。図6に示す例では、時刻t2から時刻t3までの間が、混焼による温度上昇期間である。
In the example shown in FIG. 6, the burner fuel is transferred from the hydrocarbon-based fuel to the hydrogen-containing gas at time t2, but the ignition operation by the igniter 22 is started from time t1 before the transfer time (switching time) t2. The ignition performance of the hydrogen-containing gas can be ensured.
At time t2, when the supply of the hydrocarbon-based fuel is stopped, the supply of the hydrogen-containing gas is started almost simultaneously, and the transition from the hydrocarbon-based fuel to the hydrogen-containing gas is performed (switching), immediately after the hydrocarbon-based fuel and hydrogen The mixed gas is in a mixed combustion state, and the temperature of the combustion part may temporarily rise above the temperature (for example, about 750 ° C.) during combustion of the hydrocarbon-based fuel before switching. In the example shown in FIG. 6, the period from time t2 to time t3 is a temperature increase period due to mixed firing.

但し、水素含有ガスへの移行直後(バーナ燃焼器8への水素含有ガスの供給開始直後)は、バーナ燃焼器8に対する水素含有ガスの供給が安定せず、水素含有ガスの供給が一時的に滞ったりすることでバーナ燃焼器8が失火し、燃焼部の温度Tが降下することがある。図6に示す例では、時刻t3から時刻t4までの間が、水素含有ガスの供給が一時的に滞ったことなどによる燃焼部の温度降下期間である。
炭化水素系燃料の供給停止に先立って水素含有ガスの供給を開始させ、水素含有ガスの燃焼が安定化するのを待って、炭化水素系燃料の供給停止を行えば、過渡的な失火を回避してバーナ燃料の切り替えを行えるが、この場合、混焼時間が長くなることで、過剰な温度上昇を招くことになってしまう。
However, immediately after the transition to the hydrogen-containing gas (immediately after the start of the supply of the hydrogen-containing gas to the burner combustor 8), the supply of the hydrogen-containing gas to the burner combustor 8 is not stable, and the supply of the hydrogen-containing gas is temporarily The burner combustor 8 may misfire due to stagnation, and the temperature T of the combustion part may drop. In the example shown in FIG. 6, the period from time t3 to time t4 is a temperature drop period of the combustion section due to a temporary stagnation of the supply of hydrogen-containing gas.
Prior to stopping the supply of hydrocarbon fuel, start the supply of hydrogen-containing gas, wait for the combustion of hydrogen-containing gas to stabilize, and then stop the supply of hydrocarbon-based fuel to avoid transient misfires Then, the burner fuel can be switched. In this case, however, an excessive temperature rise is caused by the prolonged mixed firing time.

そこで、温度の過剰上昇を回避すべく、混焼時間を短くすると、水素含有ガスの供給が不安定な状態で水素含有ガス単独の燃焼に移行することになり、失火を生じさせることになってしまい、温度の過剰上昇を避けようとすると、図6の時刻t3から時刻t4までの間に示されるような温度降下が発生することがある。
上記のような失火による温度降下の間も、イグナイタ22による点火動作は継続され、また、時間経過に伴って水素含有ガスの供給安定性が改善されるため、途中で着火に成功し、そのまま水素含有ガスの安定燃焼状態に移行する場合があるが、一時的に着火したものの直ぐに失火状態に戻ってしまう場合もあり、図6に示す例では、時刻t4で着火による温度上昇に転じたものの直ぐに失火し、時刻t5から再度温度が降下し始める場合を示す。
Therefore, if the co-firing time is shortened to avoid an excessive increase in temperature, the supply of the hydrogen-containing gas shifts to combustion of the hydrogen-containing gas alone in an unstable state, resulting in misfire. If an attempt is made to avoid an excessive increase in temperature, a temperature drop as shown between time t3 and time t4 in FIG. 6 may occur.
The ignition operation by the igniter 22 is continued even during the temperature drop due to the misfire as described above, and the supply stability of the hydrogen-containing gas is improved as time passes. Although it may shift to the stable combustion state of the contained gas, it may be temporarily ignited but may immediately return to the misfire state. In the example shown in FIG. 6, immediately after the temperature rises due to ignition at time t4. A case where a misfire occurs and the temperature starts to decrease again from time t5 is shown.

また、図6に示す例では、時刻t6の時点で着火しその後安定的な水素含有ガスの燃焼状態を保持したため、燃焼部の温度Tが漸増し、最終的に、水素含有ガスの燃焼状態での安定温度付近(例えば730℃程度)に収束している。
本実施形態の着火判定では、最低温度Tminに対する上昇分が閾値ΔT以上の場合に着火判定を行う構成であり、例えば、図6に示す例では、前記最低温度Tminは、時刻t3までは、炭化水素系燃料をバーナ燃料とする場合の燃焼部の温度(例えば750℃程度)に保持されることになり、バーナ燃料の移行に伴う混焼状態で温度上昇すると、燃焼部の温度Tは最低温度Tminを超える温度になる。
In the example shown in FIG. 6, since the ignition is performed at time t6 and the stable combustion state of the hydrogen-containing gas is maintained thereafter, the temperature T of the combustion portion gradually increases, and finally in the combustion state of the hydrogen-containing gas. Near the stable temperature (for example, about 730 ° C.).
In the ignition determination of the present embodiment, the ignition determination is performed when the increase with respect to the minimum temperature Tmin is equal to or greater than the threshold value ΔT. For example, in the example shown in FIG. 6, the minimum temperature Tmin is carbonized until time t3. When the hydrogen-based fuel is burner fuel, the temperature of the combustion section (for example, about 750 ° C.) is maintained, and when the temperature rises in the mixed combustion state accompanying the transition of the burner fuel, the temperature T of the combustion section becomes the minimum temperature Tmin. The temperature exceeds.

但し、前記閾値ΔTとして、前記混焼状態による温度上昇分を上回るような値を予め設定し、前記混焼状態による温度上昇に対しては、着火判定がなされないようにしてある。換言すれば、混焼状態による温度上昇が、閾値ΔT以上になることがないように、バーナ燃料の移行が行われるようにしてある。
前記混焼状態の後で、水素含有ガスの供給が滞ることで、燃焼部の温度Tが降下すると、これに応じて最低温度Tminもより低い温度に更新され、一時的な着火による温度上昇が発生する直前の時刻t4の時点では、この時刻t4での検出温度が最低温度Tminにセットされることになる。
However, as the threshold value ΔT, a value that exceeds the temperature increase due to the mixed combustion state is set in advance so that the ignition determination is not made for the temperature increase due to the mixed combustion state. In other words, the burner fuel is transferred so that the temperature rise due to the mixed combustion state does not exceed the threshold value ΔT.
After the mixed combustion state, when the supply of the hydrogen-containing gas is delayed, when the temperature T of the combustion section decreases, the minimum temperature Tmin is also updated accordingly, and a temperature increase due to temporary ignition occurs. At the time t4 immediately before the start, the detected temperature at the time t4 is set to the minimum temperature Tmin.

一時的な着火による温度上昇が発生すると、時刻t4での検出温度である最低温度Tminよりも温度が高くなるが、係る一時的な温度上昇に対しても着火判定されないように、前記閾値ΔTが予め設定されており、一時的な着火によって温度がピーク値を示す時刻t5における温度Tでも、時刻t4での検出温度である最低温度Tminに対する相対比較に基づいて着火成功が判定されることはない。
そして、前記一時的な着火状態から失火状態に戻り、温度Tが漸減すると、これに応じて最低温度Tminをより低い温度に更新し、時刻t6の時点では、そのときの検出温度Tを最低温度Tminに設定する。
When a temperature increase due to temporary ignition occurs, the temperature becomes higher than the minimum temperature Tmin that is the detected temperature at time t4. However, the threshold ΔT is set so that the ignition determination is not made even with respect to the temporary temperature increase. Even if the temperature T is preset and the temperature T at which the temperature reaches a peak value due to temporary ignition, the ignition success is not determined based on the relative comparison with the minimum temperature Tmin that is the detected temperature at the time t4. .
When the temperature T decreases gradually from the temporary ignition state to the misfire state, the minimum temperature Tmin is updated to a lower temperature accordingly. At time t6, the detected temperature T at that time is set to the minimum temperature. Set to Tmin.

前記時刻t6の後の温度上昇過程で、周期的に最低温度Tmin(時刻t6での検出温度)と最新の検出温度Tとを比較し、最終的に、時刻t6での温度Tよりも閾値ΔT以上に高くなった時点(時刻t7)において着火成功を判定する。
換言すれば、前記閾値ΔTは、混焼や一時的な着火による温度上昇で着火成功を判定することがなく、かつ、失火状態から安定した燃焼状態に移行し順調に温度上昇して初めて着火成功を判定するように、予め適合してある。
In the temperature rise process after the time t6, the lowest temperature Tmin (the detected temperature at the time t6) is periodically compared with the latest detected temperature T, and finally the threshold ΔT is higher than the temperature T at the time t6. The ignition success is determined at the time (time t7) when the temperature becomes higher than the above.
In other words, the threshold value ΔT does not determine whether ignition has succeeded due to a temperature rise due to mixed combustion or temporary ignition, and succeeds in ignition only after the transition from the misfire state to the stable combustion state and the temperature rises smoothly. Pre-adapted to determine.

そして、着火成功を判定した時刻t7から予め設定した遅延時間が経過した時点である時刻t8において、イグナイタ22による点火動作を停止する。
このように、最低温度Tminからの上昇分に基づいて着火判定する構成であるから、例えば、時刻t2,時刻t4,時刻t6直後の温度上昇率(温度上昇速度)が同程度であったとしても、時刻t2,時刻t4からの温度上昇では、最終的に到達する最高温度と時刻t2,時刻t4での温度Tとの偏差が閾値ΔT未満であり、着火成功は判定されない。
Then, the ignition operation by the igniter 22 is stopped at a time t8 when a preset delay time has elapsed from the time t7 when it was determined that ignition was successful.
As described above, since the ignition is determined based on the rise from the minimum temperature Tmin, for example, even if the rate of temperature rise (temperature rise rate) immediately after time t2, time t4, and time t6 is similar. In the temperature rise from time t2 and time t4, the deviation between the highest temperature finally reached and the temperature T at time t2 and time t4 is less than the threshold value ΔT, and successful ignition is not determined.

一方、時刻t6からの温度上昇では、時刻t6での温度Tを起点として、実際に着火に成功したことに基づいて順調に温度上昇することで、時刻t6での温度Tよりも閾値ΔT以上に高い温度Tにまで上昇し、閾値ΔT以上の温度上昇を判定した時点(時刻t7)において、着火成功を判定する。
換言すれば、実際に着火に成功したことに基づいて順調に温度上昇すれば、仮に、温度上昇勾配が、混焼による温度上昇や一時的な着火による温度上昇時よりも緩やかであったとしても、着火成功を判定することができる。
On the other hand, in the temperature rise from time t6, the temperature rises smoothly based on the fact that ignition was actually successful starting from the temperature T at time t6, so that it exceeds the threshold ΔT from the temperature T at time t6. When the temperature rises to a high temperature T and a temperature rise equal to or greater than the threshold value ΔT is determined (time t7), ignition success is determined.
In other words, if the temperature rises smoothly based on the fact that ignition has actually succeeded, even if the temperature rise gradient is more gradual than when the temperature rises due to mixed firing or temporary ignition, Successful ignition can be determined.

このように、本実施形態の着火判定処理によれば、混焼による温度上昇や一時的な着火による温度上昇に基づいて着火成功を誤検出することがなく、また、水素含有ガスの燃焼時の安定温度(到達目標温度)に達する前に着火成功を判断でき、かつ、複数の温度センサを必要としないので、着火成功を高応答・高精度に判定でき、燃焼装置のコストを抑えることができる。
一方、炭化水素系燃料から水素含有ガスへの移行時に、失火することなく水素含有ガスの安定燃焼状態になった場合には、図6中に一点鎖線で示すように、下限燃焼温度Th以上の温度域で燃焼部の温度Tが変化し、判定終了タイミングにおける最低温度Tminが、下限燃焼温度Th以上であると判断することで、着火成功を判定する。
Thus, according to the ignition determination process of the present embodiment, there is no false detection of successful ignition based on a temperature increase due to co-firing or a temperature increase due to temporary ignition, and stability during combustion of the hydrogen-containing gas Since the ignition success can be determined before reaching the temperature (target temperature), and a plurality of temperature sensors are not required, the ignition success can be determined with high response and high accuracy, and the cost of the combustion apparatus can be reduced.
On the other hand, when the hydrogen-containing gas is in a stable combustion state without misfiring at the time of transition from the hydrocarbon-based fuel to the hydrogen-containing gas, as shown by a one-dot chain line in FIG. Successful ignition is determined by determining that the temperature T of the combustion section changes in the temperature range and the minimum temperature Tmin at the determination end timing is equal to or higher than the lower limit combustion temperature Th.

尚、図6のタイムチャートでは、炭化水素系燃料の供給遮断と略同時に、水素含有ガス(オフガス又は水素リッチ改質ガス)のバーナ燃焼器(燃焼部)8への供給開始を行わせる例を示したが、図7のタイムチャートに示すように、炭化水素系燃料の供給遮断に先立って水素含有ガス(オフガス又は水素リッチ改質ガス)の供給を開始させ、水素含有ガスの供給開始後に炭化水素系燃料の供給を遮断させる構成においても、上記同様の作用・効果を得ることができる。   In the time chart of FIG. 6, an example in which supply of hydrogen-containing gas (off gas or hydrogen-rich reformed gas) to the burner combustor (combustion unit) 8 is started substantially simultaneously with the cutoff of the supply of hydrocarbon fuel. As shown in the time chart of FIG. 7, the supply of the hydrogen-containing gas (off-gas or hydrogen-rich reformed gas) is started prior to the cutoff of the hydrocarbon-based fuel, and the carbonization is performed after the supply of the hydrogen-containing gas is started. Even in the configuration in which the supply of the hydrogen-based fuel is shut off, the same operation and effect as described above can be obtained.

ところで、図5のフローチャートに示した実施形態では、温度変化の検出開始タイミングから今回の着火判定タイミングまでの間における最低温度(最低値)Tminよりも現時点の温度Tが閾値ΔT以上に高いと判断した時点で、直ちに着火成功を判定したが、ΔT≦T−Tminである状態が所定時間以上継続していることを条件に着火成功を判定させることができ、係る構成とした第2実施形態を、図8のフローチャートを用いて説明する。
図8のフローチャートにおいて、ステップS221〜227の各ステップでは、図5のフローチャートのステップS201〜207と同様な処理を実行するので、詳細な説明は省略する。
By the way, in the embodiment shown in the flowchart of FIG. 5, it is determined that the current temperature T is higher than the threshold value ΔT than the minimum temperature (minimum value) Tmin between the temperature change detection start timing and the current ignition determination timing. At that time, the ignition success was determined immediately. However, the ignition success can be determined on condition that the state of ΔT ≦ T−Tmin has continued for a predetermined time or longer. This will be described with reference to the flowchart of FIG.
In the flowchart of FIG. 8, in each step of steps S221 to 227, the same processing as that of steps S201 to S207 of the flowchart of FIG.

第2実施形態では、最低温度(最低値)Tminの更新を行った(ステップS227)場合、次いで、今回検出した燃焼部の温度Tが前記下限燃焼温度Th以上であるか否かを判断する(ステップS228)。
そして、今回検出した燃焼部の温度Tが前記下限燃焼温度Th以上の場合には、このT≧Thの状態が所定時間以上継続しているか否かを判断し(ステップS230)、T≧Thの状態が所定時間以上継続していれば、水素含有ガス(オフガス又は水素リッチ改質ガス)をバーナ燃料とする燃焼における着火成功を判定する(ステップS231)。
In the second embodiment, when the minimum temperature (minimum value) Tmin is updated (step S227), it is next determined whether or not the temperature T of the combustion section detected this time is equal to or higher than the lower limit combustion temperature Th ( Step S228).
When the detected temperature T of the combustion section is equal to or higher than the lower limit combustion temperature Th, it is determined whether or not the state of T ≧ Th continues for a predetermined time or more (step S230). If the state continues for a predetermined time or more, the ignition success in the combustion using the hydrogen-containing gas (off gas or hydrogen rich reformed gas) as the burner fuel is determined (step S231).

失火によって温度Tが降下する場合には、直ぐに下限燃焼温度Thを下回るようになり、T≧Thの状態が所定時間以上継続することはないので、最低温度(最低値)Tminの更新を行うような温度Tの降下状態であっても、温度Tが継続して下限燃焼温度Thを上回っている場合には、水素含有ガスの安定燃焼状態であって、炭化水素系燃料での燃焼温度から水素含有ガスでの燃焼温度に向けて漸減している状態であるものと推定されるので、着火成功を判定する。   When the temperature T drops due to misfire, the temperature immediately falls below the lower limit combustion temperature Th, and the state of T ≧ Th does not continue for a predetermined time or longer. Therefore, the minimum temperature (minimum value) Tmin is updated. If the temperature T continues to exceed the lower limit combustion temperature Th even when the temperature T is in a lowered state, the hydrogen-containing gas is in a stable combustion state, and the hydrogen is detected from the combustion temperature of the hydrocarbon fuel. Since it is presumed that the temperature is gradually decreasing toward the combustion temperature of the contained gas, the ignition success is determined.

一方、T<Thである場合、又は、T≧Thであってもその継続時間が所定時間未満である場合には、判定終了タイミングに達しているか否かを判断する処理(ステップS224)に戻る。
また、最大判定時間(判定終了タイミング)に達していない状態であると判断され(ステップS224)、前記温度センサ23で検出された燃焼筒21内の温度(燃焼部の温度)Tを読み込み(ステップS225)、Tmin>Tであると判断すると(ステップS226)、今回検出した燃焼部の温度Tから前回までの最低温度Tminを減算した温度(最低温度Tminからの最新温度の上昇分)が、閾値ΔT(例えば5℃〜10℃程度)以上であるか否か(ΔT≦T−Tminが成立するか否か)を判断する(ステップS229)。
On the other hand, if T <Th, or if T ≧ Th and the duration is less than the predetermined time, the process returns to the process of determining whether or not the determination end timing has been reached (step S224). .
Further, it is determined that the maximum determination time (determination end timing) has not been reached (step S224), and the temperature (combustion part temperature) T in the combustion cylinder 21 detected by the temperature sensor 23 is read (step S224). S225) If it is determined that Tmin> T (step S226), the temperature obtained by subtracting the previous minimum temperature Tmin from the temperature T of the combustion section detected this time (the increase in the latest temperature from the minimum temperature Tmin) is a threshold value. It is determined whether or not ΔT (for example, about 5 ° C. to 10 ° C.) or more (whether ΔT ≦ T−Tmin is satisfied) (step S229).

図5のフローチャートに示した第1実施形態では、ΔT≦T−Tminであると判断された時点で直ちに着火成功を判定したが、図8のフローチャートに示す第2実施形態では、ΔT≦T−Tminと判断されると、更に、ΔT≦T−Tminが成立する状態が所定時間以上継続しているか(着火判定タイミングの所定回以上連続してΔT≦T−Tminであるか)否かを判断する(ステップS230)。
そして、今回ΔT≦T−Tminが成立していると判断されても、ΔT≦T−Tminの継続時間が前記所定時間に満たない場合(ΔT≦T−Tminであると判断された着火判定タイミングの連続回数が所定回に満たない場合)には、着火成功を判定することなく、最大判定時間が経過しているか否かを判断するステップ(ステップS224)に戻る。
In the first embodiment shown in the flowchart of FIG. 5, the ignition success is determined immediately when it is determined that ΔT ≦ T−Tmin. In the second embodiment shown in the flowchart of FIG. 8, ΔT ≦ T− If it is determined that Tmin, it is further determined whether or not the state where ΔT ≦ T−Tmin is continued for a predetermined time or more (whether ΔT ≦ T−Tmin is continuously performed for a predetermined number of times or more of the ignition determination timing). (Step S230).
Even if it is determined that ΔT ≦ T−Tmin is satisfied this time, if the duration of ΔT ≦ T−Tmin is less than the predetermined time (ignition determination timing determined as ΔT ≦ T−Tmin) If the continuous number of times is less than the predetermined number), the process returns to the step of determining whether or not the maximum determination time has passed without determining the success of ignition (step S224).

一方、ΔT≦T−Tminの継続時間が前記所定時間に達すると、水素含有ガス(オフガス又は水素リッチ改質ガス)をバーナ燃料とする燃焼における着火成功を判断する(ステップS231)。また、着火成功を判定しないまま、最大判定時間が経過した場合には、着火失敗(タイムアウト)を判定する(ステップS232)。
上記構成によると最低温度Tminよりも閾値ΔT以上に高い温度を所定時間以上維持しないと着火成功を判定しないから、より着火判定の精度を向上させることができ、また、第1実施形態に比べて閾値ΔTをより小さい値に設定しても判定精度を維持することが可能である。
On the other hand, when the duration of ΔT ≦ T−Tmin reaches the predetermined time, it is determined whether ignition is successful in combustion using the hydrogen-containing gas (off gas or hydrogen-rich reformed gas) as the burner fuel (step S231). If the maximum determination time has passed without determining the ignition success, an ignition failure (timeout) is determined (step S232).
According to the above configuration, since the ignition success is not determined unless a temperature higher than the minimum temperature Tmin by more than the threshold value ΔT is maintained for a predetermined time or more, the accuracy of the ignition determination can be further improved, and compared with the first embodiment. Even if the threshold value ΔT is set to a smaller value, the determination accuracy can be maintained.

尚、ΔT≦T−Tminの継続時間の判定に用いる所定時間は予め記憶された一定値であってもよいし、例えば、燃焼部温度Tの上昇変化速度が速いほど短い時間に設定して、判定応答を速めることができる。
燃焼部温度Tの上昇変化速度が遅い場合には、燃焼が不安定で失火に至る可能性が高いと推定できるため、判定精度を確保するために、前記所定時間を長くする。逆に、燃焼部温度Tの上昇変化が速い場合には、水素含有ガス(オフガス又は水素リッチ改質ガス)の安定した燃焼で順調に温度上昇しているものと推定できるため、前記所定時間を短くして判定処理の応答を高める。
また、第1実施形態を示す図5のフローチャートにおいて、T≧Thの状態が所定時間以上継続したときに着火成功を判定させることができ、逆に、第2実施形態を示す図8のフローチャートにおいて、判定終了タイミングにおける最低温度Tminが、下限燃焼温度Th以上の場合に着火成功を判定させることができる。
尚、図7は、下限燃焼温度Thは炭化水素系燃料供給時の燃焼部温度より低い場合の例であるが、下限燃焼温度Thが炭化水素系燃料供給時の燃焼部温度よりも高い場合は、図8のステップS230で判定する所定時間を、混焼による一時的な温度上昇の時間よりも長くなるように設定することで同様の判定が可能である。
The predetermined time used for determining the duration of ΔT ≦ T−Tmin may be a constant value stored in advance. For example, the predetermined time may be set to a shorter time as the rate of change in the combustion section temperature T increases. The determination response can be accelerated.
When the rate of change in the combustion section temperature T is slow, it can be estimated that combustion is unstable and there is a high possibility of misfire. Therefore, in order to ensure the determination accuracy, the predetermined time is lengthened. On the other hand, when the rise in the combustion part temperature T is fast, it can be estimated that the temperature rises smoothly due to stable combustion of the hydrogen-containing gas (off-gas or hydrogen-rich reformed gas). Shorten the response of the judgment process.
Further, in the flowchart of FIG. 5 showing the first embodiment, the ignition success can be determined when the state of T ≧ Th continues for a predetermined time or more, and conversely, in the flowchart of FIG. 8 showing the second embodiment. The ignition success can be determined when the minimum temperature Tmin at the determination end timing is equal to or higher than the lower limit combustion temperature Th.
FIG. 7 shows an example in which the lower limit combustion temperature Th is lower than the combustion part temperature at the time of hydrocarbon fuel supply, but when the lower limit combustion temperature Th is higher than the combustion part temperature at the time of hydrocarbon fuel supply. The same determination can be made by setting the predetermined time determined in step S230 of FIG. 8 to be longer than the temporary temperature rise time due to co-firing.

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、バーナ燃焼器8(燃焼部)に用いる炭化水素系燃料として灯油を例示したが、この他、ガソリン、ナフサ、軽油、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル、バイオマスを利用したバイオ燃料を用いてもよく、更に、炭化水素系燃料は液体燃料に限定されず、都市ガスなどの気体燃料であってもよい。
また、燃焼部の温度は、燃焼部に供給する燃料だけでなく温度センサ23の取り付け位置(センシング位置)によっても異なるため、図6及び図7に記載の温度変遷傾向に限定されない。
また、上記実施形態では、PEFCスタック4を備えた燃料電池システム1としたが、固体酸化物形燃料電池(SOFC)スタックを備えた燃料電池システムでもよい。
The preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, but the present invention is not limited to the above embodiment.
For example, in the above embodiment, kerosene has been exemplified as the hydrocarbon fuel used in the burner combustor 8 (combustion unit). Further, the hydrocarbon fuel is not limited to the liquid fuel, and may be a gaseous fuel such as city gas.
Further, the temperature of the combustion section is not limited to the temperature transition tendency described in FIGS. 6 and 7 because it varies depending not only on the fuel supplied to the combustion section but also on the mounting position (sensing position) of the temperature sensor 23.
Moreover, in the said embodiment, although it was set as the fuel cell system 1 provided with the PEFC stack 4, the fuel cell system provided with the solid oxide fuel cell (SOFC) stack may be sufficient.

また、例えば、改質器7と変成器9とを一体的に形成したり、改質器7と変成器9と選択酸化部11とを一体的に形成したり、脱硫器2と改質器7と変成器9とを一体的に形成したりすることができる。
また、バーナ燃焼器8が、変成器9に備えられるシフト触媒(例えばFe−Crの混合酸化物)の加熱用として用いられるものであってもよい。
Further, for example, the reformer 7 and the transformer 9 are integrally formed, the reformer 7, the transformer 9 and the selective oxidation unit 11 are integrally formed, or the desulfurizer 2 and the reformer. 7 and the transformer 9 can be integrally formed.
Further, the burner combustor 8 may be used for heating a shift catalyst (for example, a mixed oxide of Fe—Cr) provided in the transformer 9.

1…燃料電池システム1、3…燃料処理システム(FPS)、4…固体高分子形燃料電池(PEFC)スタック、7…改質器、8…バーナ燃焼器(燃焼部)、9…変成器、11…選択酸化器、21…燃焼筒、22…イグナイタ(点火装置)、23…温度センサ、30…制御装置(着火判定部、点火制御部)   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system 1, 3 ... Fuel processing system (FPS), 4 ... Solid polymer fuel cell (PEFC) stack, 7 ... Reformer, 8 ... Burner combustor (combustion part), 9 ... Transformer, DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Select oxidizer, 21 ... Combustion cylinder, 22 ... Igniter (ignition device), 23 ... Temperature sensor, 30 ... Control device (ignition determination part, ignition control part)

Claims (9)

燃料として炭化水素系燃料と水素含有ガスとが選択的に供給される燃焼部と、
前記燃焼部の温度を検出する温度センサと、
前記温度センサの検出信号を受けて前記燃焼部における着火判定を行う着火判定部と、
を含み、
前記着火判定部は、
前記炭化水素系燃料から水素含有ガスへの移行時における前記燃焼部の温度を最低温度の初期値とし、その後、周期的な着火判定タイミング毎にそれまでの前記最低温度よりも低い温度が検出されると前記最低温度を当該検出温度に更新し、前記着火判定タイミングにおいて前記燃焼部の温度が前記最低温度よりも閾値を超えて高い場合に、前記水素含有ガスの供給状態での着火成功を判定する燃焼装置。
A combustion section in which a hydrocarbon-based fuel and a hydrogen-containing gas are selectively supplied as fuel;
A temperature sensor for detecting the temperature of the combustion section;
An ignition determination unit that receives a detection signal of the temperature sensor and performs an ignition determination in the combustion unit;
Including
The ignition determination section,
The temperature of the combustion section at the time of transition from the hydrocarbon-based fuel to the hydrogen-containing gas is set as an initial value of the minimum temperature, and then a temperature lower than the minimum temperature is detected at each periodic ignition determination timing. Then, the minimum temperature is updated to the detected temperature, and when the temperature of the combustion section is higher than the minimum temperature by a threshold value at the ignition determination timing, the ignition success in the supply state of the hydrogen-containing gas is determined. to, the combustion device.
前記着火判定部は、前記炭化水素系燃料から水素含有ガスへの移行時から所定判定時間が経過した判定終了タイミングまでの間に着火成功を判定しなかった場合に、前記水素含有ガスの供給状態での着火失敗を判定する請求項1記載の燃焼装置。 The ignition determination unit is configured to supply the hydrogen-containing gas when the ignition success is not determined between the transition from the hydrocarbon-based fuel to the hydrogen-containing gas and the determination end timing when the predetermined determination time has elapsed. The combustion apparatus according to claim 1 , wherein ignition failure is determined in 前記着火判定部は、前記判定終了タイミングにおける前記最低温度が、前記水素含有ガスの供給状態での下限燃焼温度よりも高い場合に、前記水素含有ガスの供給状態での着火成功を判定する請求項2記載の燃焼装置。 The ignition determination section, the lowest temperature in the determination end timing is higher than the lower limit the combustion temperature in the supply state of the hydrogen-containing gas, determines ignition success in the supply state of the hydrogen-containing gas, wherein Item 3. A combustion apparatus according to Item 2. 前記着火判定部は、前記燃焼部の温度が前記水素含有ガスの供給状態での下限燃焼温度よりも高い状態が第1所定時間を越えて連続した場合に、前記水素含有ガスの供給状態での着火成功を判定する請求項1又は2記載の燃焼装置。 The ignition determination unit is configured to supply the hydrogen-containing gas in a state where the temperature of the combustion unit is higher than a lower limit combustion temperature in the supply state of the hydrogen-containing gas for more than a first predetermined time. The combustion apparatus according to claim 1 , wherein ignition success is determined. 前記着火判定部
前記燃焼部の温度が前記最低温度よりも閾値を超えて高い状態が第2所定時間を越えて連続した場合に、前記水素含有ガスの供給状態での着火成功を判定し、
前記第2所定時間を前記燃焼部の温度の上昇速度が速いほど短い時間に設定する、請求項1から4のいずれか1つに記載の燃焼装置。
The ignition determination section,
When the state where the temperature of the combustion part is higher than the minimum temperature and exceeds the threshold continues for a second predetermined time, it is determined whether ignition is successful in the supply state of the hydrogen-containing gas ,
The combustion apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the second predetermined time is set to a shorter time as the rate of temperature rise of the combustion section is faster .
前記燃焼装置が、
前記燃焼部に設けた点火装置と、
前記炭化水素系燃料から水素含有ガスへの移行開始前に、前記点火装置の点火動作を開始させ、かつ、前記着火判定部が着火成功を判定した後に、前記点火装置の点火動作を停止させる点火制御部と、
を更に備える請求項1〜5のいずれか1つに記載の燃焼装置。
The combustion device comprises:
An ignition device provided in the combustion section;
Ignition that starts the ignition operation of the ignition device before the start of the transition from the hydrocarbon-based fuel to the hydrogen-containing gas, and stops the ignition operation of the ignition device after the ignition determination unit determines successful ignition A control unit;
The combustion apparatus according to claim 1, further comprising:
請求項1〜6のいずれか1つに記載の燃焼装置における燃焼部を、改質装置に設けた触媒の加熱用として備え、
前記燃焼部に供給する水素含有ガスとして、燃料電池から排出されるオフガスを用いる燃料電池システム。
A combustion section in the combustion apparatus according to any one of claims 1 to 6 is provided for heating a catalyst provided in the reformer,
A fuel cell system using off-gas discharged from a fuel cell as a hydrogen-containing gas supplied to the combustion section.
請求項1〜6のいずれか1つに記載の燃焼装置における燃焼部を、改質装置に設けた触媒の加熱用として備え、
前記燃焼部に供給する水素含有ガスとして、前記改質装置が前記炭化水素系燃料を改質して生成した水素リッチ改質ガスを用いる燃料電池システム。
A combustion section in the combustion apparatus according to any one of claims 1 to 6 is provided for heating a catalyst provided in the reformer,
A fuel cell system using a hydrogen-rich reformed gas generated by reforming the hydrocarbon fuel by the reformer as a hydrogen-containing gas supplied to the combustion section.
燃料として炭化水素系燃料と水素含有ガスとが選択的に供給される燃焼部における着火判定を行う着火判定方法であって、
前記炭化水素系燃料から水素含有ガスへの移行時における前記燃焼部の温度を最低温度の初期値とし、その後、周期的な着火判定タイミング毎にそれまでの前記最低温度よりも低い温度が検出されると前記最低温度を当該検出温度に更新し、
前記着火判定タイミングにおいて前記燃焼部の温度が前記最低温度よりも閾値を超えて高い場合に、前記水素含有ガスの供給状態での着火成功を判定する、
燃焼部の着火判定方法。
An ignition determination method for performing an ignition determination in a combustion section in which a hydrocarbon-based fuel and a hydrogen-containing gas are selectively supplied as fuel,
The temperature of the combustion section at the time of transition from the hydrocarbon-based fuel to the hydrogen-containing gas is set as an initial value of the minimum temperature, and then a temperature lower than the minimum temperature is detected at each periodic ignition determination timing. Then, the minimum temperature is updated to the detected temperature,
When the temperature of the combustion section is higher than the minimum temperature above the threshold at the ignition determination timing, it is determined whether ignition is successful in the supply state of the hydrogen-containing gas.
How to determine the ignition of a combustion part.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5590964B2 (en) * 2010-05-12 2014-09-17 Jx日鉱日石エネルギー株式会社 Control method of fuel cell system
JP5838599B2 (en) * 2011-06-06 2016-01-06 日産自動車株式会社 Fuel cell system
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006233011A (en) * 2005-02-24 2006-09-07 Aisin Seiki Co Ltd Fuel gas processing equipment
JP4614078B2 (en) * 2005-03-31 2011-01-19 株式会社ノーリツ Flame detection device in a combustor
JP4703409B2 (en) * 2006-01-16 2011-06-15 株式会社荏原製作所 Combustion device, reformer, fuel cell power generation system, and operation method of reformer
JP5366357B2 (en) * 2006-06-30 2013-12-11 Jx日鉱日石エネルギー株式会社 Method for starting fuel cell system and fuel cell system
JP2008135268A (en) * 2006-11-28 2008-06-12 Kyocera Corp Starting method of fuel cell device
JP5534689B2 (en) * 2009-03-18 2014-07-02 ハイアールアジアインターナショナル株式会社 Gas dryer

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