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JP2005071748A - Fuel cell system - Google Patents

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JP2005071748A
JP2005071748A JP2003298787A JP2003298787A JP2005071748A JP 2005071748 A JP2005071748 A JP 2005071748A JP 2003298787 A JP2003298787 A JP 2003298787A JP 2003298787 A JP2003298787 A JP 2003298787A JP 2005071748 A JP2005071748 A JP 2005071748A
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JP
Japan
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evaporator
fuel cell
reforming
cell system
supplied
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Pending
Application number
JP2003298787A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuhiro Numao
康弘 沼尾
Yasukazu Iwasaki
靖和 岩崎
Mitsutaka Abe
光高 阿部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

【課題】 要求負荷変動時の応答性を向上した燃料改質システムを提供する。
【解決手段】 燃料電池スタック12と、燃料電池スタックに水素リッチの改質ガスを供給する改質システムと、を備えた燃料電池システムにおいて、改質システム内で発生した熱を回収して改質反応に用いる原料を蒸発させる第1蒸発器6と、燃料電池スタックから排出されたガスを燃焼する燃焼器13と、燃焼器から排出される燃焼ガスの熱を用いて改質反応に用いる原料を蒸発させる第2蒸発器14とを備え、燃料電池システムの定常状態では、第1蒸発器から改質システムに蒸発原料を供給し、燃料電池システムへの要求発電量が増加する過渡状態では、第1蒸発器からの蒸発原料に加え、第2蒸発器から蒸発原料を改質システムに供給し、第2蒸発器は、要求発電量に対して不足する前記第1蒸発器からの蒸発原料を補うように改質システムに蒸発燃料を供給する。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel reforming system with improved responsiveness when a required load fluctuates.
In a fuel cell system comprising a fuel cell stack (12) and a reforming system for supplying hydrogen-rich reformed gas to the fuel cell stack, heat generated in the reforming system is recovered and reformed. The first evaporator 6 for evaporating the raw material used for the reaction, the combustor 13 for combusting the gas discharged from the fuel cell stack, and the raw material used for the reforming reaction using the heat of the combustion gas discharged from the combustor. In a steady state of the fuel cell system, the evaporation raw material is supplied from the first evaporator to the reforming system, and in a transient state where the required power generation amount to the fuel cell system increases, In addition to the evaporation material from the first evaporator, the evaporation material is supplied from the second evaporator to the reforming system, and the second evaporator makes up for the evaporation material from the first evaporator that is insufficient with respect to the required power generation amount. Reforming as Supply evaporative fuel to the system.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、燃料電池システム、特に車両に搭載される燃料電池システムに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system mounted on a vehicle.

従来、燃料電池システムとして、改質器から排出される水素リッチの改質ガスと水との間で熱交換を行わせ、水を気液二相状態となるまで昇温した後、この水を用いて一酸化炭素(以下、COという。)選択酸化部の冷却、すなわち反応熱回収を行い、CO選択酸化触媒を所定温度に維持し、高い改質効率を得る技術がある(特許文献1を参照。)。また、燃料電池システムにおいて、改質器の上流に燃焼室、および始動用燃焼機構を備え、始動用燃焼機構は改質原料を供給可能なインジェクタを備えているため、改質器の応答性を向上できる技術がある(特許文献2を参照。)。
特開2002−47002号公報 特開2000−63105号公報
Conventionally, as a fuel cell system, heat exchange is performed between the hydrogen-rich reformed gas discharged from the reformer and water, and the water is heated up to a gas-liquid two-phase state. There is a technique for obtaining high reforming efficiency by using a carbon monoxide (hereinafter referred to as CO) selective oxidation section, that is, performing reaction heat recovery, maintaining a CO selective oxidation catalyst at a predetermined temperature (Patent Document 1). reference.). Further, in the fuel cell system, a combustion chamber and a starting combustion mechanism are provided upstream of the reformer, and the starting combustion mechanism is provided with an injector capable of supplying a reforming raw material. There is a technique that can be improved (see Patent Document 2).
JP 2002-47002 A JP 2000-63105 A

しかしながら、特許文献1に記載の発明は、改質ガスの熱回収により改質原料(水)の蒸発を行っているため、燃料電池システムへの負荷要求が増大したとき、上流からの改質ガスが増大して初めて改質原料を増加させられる構成であり、改質器の応答性が遅いという課題がある。また、特許文献2に記載の発明では、改質器の直前で燃料を燃やしてその熱で負荷変化の不足分の熱量を補償するため、応答性に優れるものの、燃焼効率が低いという課題がある。   However, since the invention described in Patent Document 1 evaporates the reforming raw material (water) by heat recovery of the reformed gas, when the load demand on the fuel cell system increases, the reformed gas from the upstream This is a configuration in which the reforming raw material can be increased for the first time only when there is an increase, and there is a problem that the response of the reformer is slow. Moreover, in the invention described in Patent Document 2, since fuel is burned immediately before the reformer and the heat quantity corresponding to the insufficient load change is compensated by the heat, the response is excellent, but the combustion efficiency is low. .

上記の問題を鑑み、本発明は、燃料電池システムに関し、改質システム内の熱回収を行い熱効率が高く、かつシステムの出力負荷変動に対する応答性を向上した燃料電池システムを提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a fuel cell system that recovers heat in the reforming system, has high thermal efficiency, and has improved responsiveness to fluctuations in output load of the system. To do.

本発明は、燃料電池スタックと、燃料電池スタックに水素リッチの改質ガスを供給する改質システムと、を備えた燃料電池システムにおいて、改質システム内で発生した熱を回収して改質反応に用いる原料を蒸発させる第1蒸発器と、燃料電池スタックから排出されたガスを燃焼する燃焼器と、燃焼器から排出される燃焼ガスの熱を用いて改質反応に用いる原料を蒸発させる第2蒸発器とを備え、燃料電池システムの定常状態では、第1蒸発器から改質システムに蒸発原料を供給し、燃料電池システムへの要求発電量が増加する過渡状態では、第1蒸発器からの蒸発原料に加え、第2蒸発器から要求発電量に対して不足する前記蒸発原料を補うように蒸発原料を改質システムに供給する。   The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell stack and a reforming system that supplies hydrogen-rich reformed gas to the fuel cell stack, and recovers heat generated in the reforming system to perform a reforming reaction. A first evaporator for evaporating the raw material used for the fuel, a combustor for burning the gas discharged from the fuel cell stack, and a first for evaporating the raw material used for the reforming reaction using the heat of the combustion gas discharged from the combustor. 2 evaporators, and in the steady state of the fuel cell system, the evaporation material is supplied from the first evaporator to the reforming system, and in the transient state where the required power generation amount to the fuel cell system increases, the first evaporator In addition to the evaporation material, the evaporation material is supplied from the second evaporator to the reforming system so as to compensate for the evaporation material that is insufficient with respect to the required power generation amount.

本発明によれば、要求負荷変動時の蒸気原料の不足分を第2蒸発器から改質システムに供給するため、要求負荷変動に対する出力応答性を向上し、運転性を改善することができる。   According to the present invention, since the shortage of the steam raw material at the time of required load fluctuation is supplied from the second evaporator to the reforming system, the output responsiveness to the required load fluctuation can be improved and the drivability can be improved.

図1は、本発明の燃料電池システムの概略図である。   FIG. 1 is a schematic view of a fuel cell system of the present invention.

改質ガスを生成する改質反応器1には、燃料タンク2の燃料(例えば、メタノール等の炭化水素系燃料)が燃料ポンプ3を介して第1燃料流路31から供給される。さらに改質反応器1には、空気供給源としてのブロア4から空気が第1空気流路41および第2空気流路42を通じて供給される。第1空気流路41と第2空気流路42との接続部に第1熱交換器5が設置され、改質反応器1に供給される空気を改質反応器1からの改質ガスとの熱交換により加熱する。   The reforming reactor 1 that generates the reformed gas is supplied with fuel in the fuel tank 2 (for example, hydrocarbon fuel such as methanol) from the first fuel flow path 31 via the fuel pump 3. Further, air is supplied to the reforming reactor 1 from the blower 4 serving as an air supply source through the first air channel 41 and the second air channel 42. The first heat exchanger 5 is installed at the connection portion between the first air flow path 41 and the second air flow path 42, and the air supplied to the reforming reactor 1 is converted into the reformed gas from the reforming reactor 1. Heat by heat exchange.

また、改質反応器1には第1蒸発器6からの水蒸気が第1水流路51及び第2水流路52から供給される。第1蒸発器6から供給される水は、前述の第1熱交換器5を通過するため、第1熱交換器5において改質ガスにより加熱されて水蒸気となって第2水流路52から改質反応器1に供給される。   Also, the steam from the first evaporator 6 is supplied to the reforming reactor 1 from the first water channel 51 and the second water channel 52. Since the water supplied from the first evaporator 6 passes through the first heat exchanger 5 described above, the water is heated by the reformed gas in the first heat exchanger 5 to become water vapor, and is reformed from the second water flow path 52. To the quality reactor 1.

第1蒸発器6について説明すると、第1蒸発器6はCO選択酸化反応器9一体的に形成されており、CO選択酸化反応器9には、シフト反応器10から約300℃の改質ガスが供給される。そしてCO選択酸化処理を行った後は、約80℃の改質ガスとして燃料電池スタック12に供給される。この温度差に基づく熱(10〜20kWに相当する)が放熱され、この熱が第1蒸発器6に伝達されて、第1水ポンプ8に作用により水タンク7から第3水流路53を通じて第1蒸発器6を流通する水を蒸発する。したがって、第1蒸発器6は、改質ガスがCO選択酸化反応器9に供給されることにより発生する反応熱及びCO選択酸化反応器9自体の顕熱により水蒸気を発生するため、改質ガス発生後でなければ水蒸気を発生することができず、起動から水蒸気発生まで、または要求負荷の変動時から変動した要求負荷に対応した水蒸気量になるまでに時間がかかることになる。   The first evaporator 6 will be described. The first evaporator 6 is integrally formed with the CO selective oxidation reactor 9, and the CO selective oxidation reactor 9 includes a reformed gas of about 300 ° C. from the shift reactor 10. Is supplied. After the CO selective oxidation treatment, the fuel cell stack 12 is supplied with a reformed gas of about 80 ° C. Heat based on this temperature difference (corresponding to 10 to 20 kW) is dissipated, this heat is transmitted to the first evaporator 6, and acts on the first water pump 8 through the third water channel 53 from the water tank 7. 1 The water flowing through the evaporator 6 is evaporated. Therefore, the first evaporator 6 generates steam by the reaction heat generated when the reformed gas is supplied to the CO selective oxidation reactor 9 and the sensible heat of the CO selective oxidation reactor 9 itself. Water vapor cannot be generated unless it is generated, and it takes time from the start to the generation of water vapor, or until the amount of water vapor corresponding to the changed required load from when the required load changes.

改質反応器1から排出した改質ガスは、第1改質ガス流路61の途中に設置した第1熱交換器5を通過し、シフト反応器10に流入する。シフト反応器10で改質ガス中のCOと水とを反応させて、水素を発生させることにより、改質ガス中の水素濃度を高めるとともに、改質ガス中のCO濃度を低下させる。なお、このシフト反応に用いられる水は、水タンク7から第2水ポンプ11の作用により、第4水流路54を通じてシフト反応器10に供給される。   The reformed gas discharged from the reforming reactor 1 passes through the first heat exchanger 5 installed in the middle of the first reformed gas channel 61 and flows into the shift reactor 10. The shift reactor 10 reacts CO in the reformed gas with water to generate hydrogen, thereby increasing the hydrogen concentration in the reformed gas and lowering the CO concentration in the reformed gas. The water used for this shift reaction is supplied from the water tank 7 to the shift reactor 10 through the fourth water channel 54 by the action of the second water pump 11.

シフト反応器10で水素濃度を高めた改質ガスは、第2改質ガス流路62を通過してCO選択酸化反応器9に流入し、一方でCO選択酸化反応器9にブロア4から第3空気流路43を通じて供給された空気とCO選択酸化反応を生じて改質ガス中のCOを所定の濃度まで低下する。なお、改質反応器1からCO選択酸化反応器9及びシフト反応器10までを改質システムと称する。   The reformed gas whose hydrogen concentration has been increased in the shift reactor 10 passes through the second reformed gas flow path 62 and flows into the CO selective oxidation reactor 9, while the CO selective oxidation reactor 9 enters the CO selective oxidation reactor 9 from the blower 4. A CO selective oxidation reaction is caused with the air supplied through the three air flow path 43 to reduce the CO in the reformed gas to a predetermined concentration. The reforming reactor 1 to the CO selective oxidation reactor 9 and the shift reactor 10 are referred to as a reforming system.

所定濃度までCO濃度が低下した改質ガスは、第3改質ガス流路63から燃料電池スタック12に供給される。燃料電池スタック12には第3空気流路43から分岐した第4空気流路44から空気が供給され、改質ガスと空気とを用いて発電を行う。   The reformed gas whose CO concentration has decreased to a predetermined concentration is supplied from the third reformed gas channel 63 to the fuel cell stack 12. Air is supplied to the fuel cell stack 12 from the fourth air flow path 44 branched from the third air flow path 43, and power is generated using the reformed gas and air.

燃料電池スタック12から排出された発電に用いられなかった排改質ガスは、第4改質ガス流路64を通じて燃焼器13に送られ、第1空気流路41と分岐した第5空気流路45から供給された空気と混合、燃焼し、発生した高温の燃焼ガスは第1燃焼ガス流路71を通って第2蒸発器14に送られる。   The exhaust reformed gas that has not been used for power generation discharged from the fuel cell stack 12 is sent to the combustor 13 through the fourth reformed gas channel 64, and the fifth air channel branched from the first air channel 41. The high-temperature combustion gas generated by mixing and burning with the air supplied from 45 is sent to the second evaporator 14 through the first combustion gas passage 71.

第2蒸発器14には第4水流路54から分岐した第5水流路55から水タンク7の水が供給されており、この水は燃焼器13から供給された高温の燃焼ガスの顕熱や第2蒸発器14自体の顕熱により水蒸気となって、第6水流路56を通じて改質反応器1に供給される。また、第2蒸発器14にはその内部圧力を検出する圧力センサ24が設置され、検出圧力は燃料電池システムを統合制御する統合コントローラ20に送られる。   The water in the water tank 7 is supplied to the second evaporator 14 from the fifth water passage 55 branched from the fourth water passage 54. This water is sensible heat of the high-temperature combustion gas supplied from the combustor 13. Steam is generated by sensible heat of the second evaporator 14 itself, and is supplied to the reforming reactor 1 through the sixth water channel 56. The second evaporator 14 is provided with a pressure sensor 24 for detecting the internal pressure, and the detected pressure is sent to the integrated controller 20 for integrated control of the fuel cell system.

したがって、改質反応器1に供給される水には、2種類あり、一つ目はCO選択酸化反応器9と一体的に構成された第1蒸発器5に供給された水が、CO選択酸化反応または改質ガスの持つ熱により昇温したCO選択酸化反応器9との熱交換により蒸発した水蒸気であり、二つ目は第2蒸発器14から供給される水蒸気である。   Accordingly, there are two types of water supplied to the reforming reactor 1. First, the water supplied to the first evaporator 5 that is configured integrally with the CO selective oxidation reactor 9 is the CO selective. The water vapor evaporated by heat exchange with the CO selective oxidation reactor 9 heated by the oxidation reaction or heat of the reformed gas, and the second water vapor is supplied from the second evaporator 14.

なお、この第2蒸発器14は、燃焼器13から供給される高温の燃焼ガスを用いて水を水蒸気に変えることができるため、負荷変動の要求から要求負荷に対応する蒸気発生までの時間が第1の蒸発器6より短い特性となる。   Since the second evaporator 14 can change water into steam using the high-temperature combustion gas supplied from the combustor 13, the time from the demand for load fluctuation to the generation of steam corresponding to the required load is The characteristics are shorter than those of the first evaporator 6.

具体的には、第2蒸発器14には、第2蒸発器14内を流通する水蒸気の圧力を可変に制御する、図示しない圧力逃し弁(圧力制御弁)99が備えられ、圧力逃し弁99は、第6水流路56と第8水流路58との分岐点に設置されている。第2蒸発器14に導入された燃焼ガスの熱量により発生した水蒸気を、圧力逃し弁99が第2蒸発器14内の水蒸気温度及び圧力に応じて制御する。燃料電池システムへの要求発電量が増加したときには、第2蒸発器14の圧力逃し弁99を開き、第2蒸発器内の圧力を水タンク7に接続する第8水流路58に逃し、第2蒸発器14内の圧力を下げることで、第2蒸発器14内の水がさらに減圧沸騰し、瞬時に水蒸気が発生し、負荷変動に迅速に対応することができる。   Specifically, the second evaporator 14 is provided with a pressure relief valve (pressure control valve) 99 (not shown) that variably controls the pressure of water vapor flowing through the second evaporator 14. Is installed at a branch point between the sixth water channel 56 and the eighth water channel 58. The pressure relief valve 99 controls the water vapor generated by the heat quantity of the combustion gas introduced into the second evaporator 14 in accordance with the water vapor temperature and pressure in the second evaporator 14. When the required power generation amount to the fuel cell system increases, the pressure relief valve 99 of the second evaporator 14 is opened, the pressure in the second evaporator is released to the eighth water flow path 58 connected to the water tank 7, and the second By reducing the pressure in the evaporator 14, the water in the second evaporator 14 is further boiled under reduced pressure, and water vapor is instantly generated, so that it is possible to respond quickly to load fluctuations.

また、水蒸気生成時に圧力逃し弁99を開くことで、第2蒸発器14の内圧が低下し、水の沸点が低下する。したがって、第2蒸発器14の筐体が有する熱を効率よく水の蒸発のために用いることができる。このため、燃焼器13からの燃焼ガスが少なくなっても水蒸気の生成量を維持することができる。   Moreover, by opening the pressure relief valve 99 during the generation of water vapor, the internal pressure of the second evaporator 14 is lowered, and the boiling point of water is lowered. Therefore, the heat of the housing of the second evaporator 14 can be efficiently used for water evaporation. For this reason, even if the combustion gas from the combustor 13 decreases, the production amount of water vapor can be maintained.

また、燃料電池システムへの要求発電量が過渡状態から定常状態に移行した場合には、第2蒸発器14の圧力逃し弁99を閉じて、内圧を上昇させる。蒸発器14の内圧を上昇することで沸点が再び上昇し、第2蒸発器14の筐体が有する熱を効率よく水に伝達でき、定常運転時に水に熱を伝達して水の熱量を増大し、次回負荷変動時に備えることができる。   When the required power generation amount to the fuel cell system shifts from the transient state to the steady state, the pressure relief valve 99 of the second evaporator 14 is closed to increase the internal pressure. By raising the internal pressure of the evaporator 14, the boiling point rises again, the heat of the housing of the second evaporator 14 can be efficiently transferred to water, and the amount of water is increased by transferring heat to water during steady operation. And it can be prepared for the next load fluctuation.

第2蒸発器14の圧力逃し弁99は、統合コントローラ20により制御されており、統合コントローラ20は第2蒸発器14内の温度及び圧力に応じて圧力逃し弁99から放出する水蒸気量を制御する。しかしながら、燃料電池システムへの要求発電量が瞬間的に増加して低下するような状況では、第2蒸発器14は要求される水蒸気発生量に追従できず、遅れて水蒸気を生成するため、第2蒸発器14で生成される水蒸気が過剰に生成されることになる。このような場合に、第2蒸発器14内の温度及び圧力に応じて圧力逃し弁99から過剰な水蒸気を所定量放出するように制御することで、第2蒸発器14内に所定の熱量を備えた水蒸気を保持することができ、内圧が過圧になることなく、また次回水蒸気放出時に水蒸気を迅速に放出することができる。   The pressure relief valve 99 of the second evaporator 14 is controlled by the integrated controller 20, and the integrated controller 20 controls the amount of water vapor discharged from the pressure relief valve 99 according to the temperature and pressure in the second evaporator 14. . However, in a situation where the required power generation amount to the fuel cell system increases instantaneously and decreases, the second evaporator 14 cannot follow the required water vapor generation amount, and generates water vapor with a delay. The water vapor generated by the two evaporators 14 is excessively generated. In such a case, by controlling to release a predetermined amount of excess water vapor from the pressure relief valve 99 according to the temperature and pressure in the second evaporator 14, a predetermined amount of heat is generated in the second evaporator 14. The provided water vapor can be retained, the internal pressure does not become an overpressure, and the water vapor can be quickly released at the next water vapor release.

燃料電池スタック12で発電に供されなかった排空気は、第2蒸発器14下流に設置されたコンデンサ15に第6空気流路46を通じて供給される。また、第2蒸発器14から排出された燃焼ガスもコンデンサ15に第2燃焼ガス流路72を通じて供給される。コンデンサ15でガス中の水分を回収され、ガスは外部に放出される。ガス中の水分を回収したコンデンサ15は、回収した水を第7水流路57を通じて水タンク7に供給する。   Exhaust air that has not been used for power generation in the fuel cell stack 12 is supplied to the condenser 15 installed downstream of the second evaporator 14 through the sixth air flow path 46. Further, the combustion gas discharged from the second evaporator 14 is also supplied to the condenser 15 through the second combustion gas passage 72. The moisture in the gas is recovered by the condenser 15 and the gas is released to the outside. The condenser 15 that has recovered the moisture in the gas supplies the recovered water to the water tank 7 through the seventh water channel 57.

なお、第2燃焼器14とコンデンサ15との間に第2熱交換器21と、第2熱交換器21から排出されるガス温度を検出する温度センサ22とが設置され、温度センサ22の出力信号は統合コントローラ20に送られる。また、図中、符号91から95は、各流路を流通する流体の流量を制御する流量制御弁であり、統合コントローラ20により燃料電池システムの運転条件に応じて開度制御される。   A second heat exchanger 21 and a temperature sensor 22 for detecting the temperature of the gas discharged from the second heat exchanger 21 are installed between the second combustor 14 and the condenser 15, and the output of the temperature sensor 22. The signal is sent to the integrated controller 20. In the figure, reference numerals 91 to 95 denote flow rate control valves for controlling the flow rate of the fluid flowing through each flow path, and the opening degree is controlled by the integrated controller 20 according to the operating conditions of the fuel cell system.

燃料電池スタック12で発電された電力は、インバータ16を介して駆動モータ17に供給され、駆動モータ17は要求された駆動トルクで駆動輪18を駆動し、車両を走行させる。駆動モータ17は、要求駆動トルクを燃料電池スタックからの電力で発生することができない場合には、2次電池としてのバッテリ19からの電力により駆動される。   The electric power generated by the fuel cell stack 12 is supplied to the drive motor 17 via the inverter 16, and the drive motor 17 drives the drive wheels 18 with the required drive torque to run the vehicle. The drive motor 17 is driven by the power from the battery 19 as a secondary battery when the required drive torque cannot be generated by the power from the fuel cell stack.

バッテリ19は車両の目標駆動力に必要な要求電力に対する燃料電池システムの発電量の不足分を補うように駆動モータ17に電力を供給し、駆動モータ17は、要求駆動トルクを要求に対して遅れることなく駆動トルクを出力する。なお、本発明の燃料電池システムは、統合コントローラ20により、バッテリ19から駆動モータ17への電力供給や燃料電池スタック12の発電状態等が制御されている。   The battery 19 supplies power to the drive motor 17 so as to compensate for the shortage of the power generation amount of the fuel cell system with respect to the required power required for the target drive force of the vehicle, and the drive motor 17 delays the required drive torque with respect to the request. Drive torque is output without any problems. In the fuel cell system of the present invention, the power supply from the battery 19 to the drive motor 17 and the power generation state of the fuel cell stack 12 are controlled by the integrated controller 20.

以下、本発明の燃料電池システムの作用について燃料電池スタック12に対する要求負荷の変動の有無に分けて説明する。   Hereinafter, the operation of the fuel cell system of the present invention will be described separately depending on whether or not the required load on the fuel cell stack 12 varies.

燃料電池スタック12に対する要求負荷に変動がない定常走行状態では、駆動モータ17は燃料電池スタック12が発電した電力により要求駆動トルクを発生することができ、バッテリ19の電力を使用することはない。   In a steady running state in which the required load on the fuel cell stack 12 does not vary, the drive motor 17 can generate the required drive torque by the electric power generated by the fuel cell stack 12, and the electric power of the battery 19 is not used.

ここで燃料電池システムの運転状態は、要求された発電量を燃料電池スタック12で生じるために必要な改質ガスを生成するための水分が、第1蒸発器6からのみ改質反応器1に供給すれば足りる状態であり、第2蒸発器14から水分を改質反応器1に供給する必要はない。   Here, the operating state of the fuel cell system is such that moisture for generating the reformed gas necessary for generating the required amount of power generation in the fuel cell stack 12 is supplied to the reforming reactor 1 only from the first evaporator 6. It is sufficient to supply it, and it is not necessary to supply moisture from the second evaporator 14 to the reforming reactor 1.

一方、燃料電池システムに対する要求負荷の変動がある、例えば定常状態から加速状態に移行する場合(負荷が増大する場合)の制御について、図2のフローチャート及び図3のタイミングチャートを用いて説明する。図2のフローチャートの制御は統合コントローラ20により所定条件下で実施される。   On the other hand, control when there is a change in the required load on the fuel cell system, for example, when shifting from the steady state to the acceleration state (when the load increases) will be described using the flowchart of FIG. 2 and the timing chart of FIG. The control of the flowchart of FIG. 2 is performed by the integrated controller 20 under predetermined conditions.

まずステップ1(図2のS1、以下同じ)では、燃料電池に要求される発電量D2(図3を参照)を読み込む。発電量D2と現状の発電量D1との差から増大すべき電力量ΔDを算出する。ステップ2では、算出した電力量ΔDに基づいて図4に示すような負荷変動と蒸発量との関係を示す蒸気発生カーブから蒸発量を決定する。   First, in step 1 (S1 in FIG. 2, the same applies hereinafter), a power generation amount D2 (see FIG. 3) required for the fuel cell is read. A power amount ΔD to be increased is calculated from the difference between the power generation amount D2 and the current power generation amount D1. In step 2, the evaporation amount is determined from a steam generation curve showing the relationship between the load fluctuation and the evaporation amount as shown in FIG. 4 based on the calculated electric energy ΔD.

この蒸気発生カーブは、図4に示すように、第2蒸発器14の蒸発性能の基本特性に対して第2蒸発器14内の温度分布の不均一に対する補正、第2蒸発器14を流れる高温の流体量による補正を行って蒸発量の特性を決定する。本発明のような燃料改質型の燃料電池システムの過渡変化時を律速しているのは水の蒸発であり、蒸気発生カーブから水の蒸発量を決定することができれば燃料電池システムの発電量が推定できる。   As shown in FIG. 4, the steam generation curve is obtained by correcting the basic characteristic of the evaporation performance of the second evaporator 14 with respect to nonuniform temperature distribution in the second evaporator 14 and the high temperature flowing through the second evaporator 14. The characteristics of the evaporation amount are determined by performing correction based on the amount of fluid. In the fuel reforming type fuel cell system as in the present invention, it is the evaporation of water that controls the transient change. If the evaporation amount of water can be determined from the steam generation curve, the power generation amount of the fuel cell system Can be estimated.

続くステップ3では、バッテリ4の出力を決定する。バッテリ4の出力特性は、燃料電池システムへの要求発電量とステップ2で推定した燃料電池システムの発電量との差を補うようにバッテリ4の出力特性を決定する。   In the subsequent step 3, the output of the battery 4 is determined. The output characteristics of the battery 4 are determined so as to compensate for the difference between the required power generation amount for the fuel cell system and the power generation amount of the fuel cell system estimated in step 2.

ステップ4では、ステップ2とステップ3で演算した第2蒸発器14の蒸発量とバッテリ4の出力に基づいて水蒸気を発生し、電力を出力する。一方、ステップ5ではステップ3で演算したバッテリ4出力に基づきバッテリ4から電力を出力する。第2蒸発器14は、圧力逃し弁99を開き第2蒸発器14内の圧力を水タンクに第8水流路58を通じて逃す。これにより第2蒸発器14内の内圧Pを高圧側(例えば、3気圧)の所定圧P2から低圧側(例えば、大気圧)の所定圧P1に降圧させることで蒸気を発生させる。要求発電量を発電するために必要な第2蒸発器14から供給される水蒸気の発生は遅れるため、まずバッテリ4からの電力が駆動モータ17に供給され、遅れて第2蒸発器14で生成された水蒸気による燃料電池スタック12での発電が始まるとバッテリ4からの供給電力が減少するように制御する。   In step 4, water vapor is generated based on the evaporation amount of the second evaporator 14 calculated in step 2 and step 3 and the output of the battery 4, and electric power is output. On the other hand, in step 5, electric power is output from the battery 4 based on the battery 4 output calculated in step 3. The second evaporator 14 opens the pressure relief valve 99 and releases the pressure in the second evaporator 14 to the water tank through the eighth water flow path 58. Thus, steam is generated by lowering the internal pressure P in the second evaporator 14 from the predetermined pressure P2 on the high pressure side (for example, 3 atmospheres) to the predetermined pressure P1 on the low pressure side (for example, atmospheric pressure). Since the generation of water vapor supplied from the second evaporator 14 necessary for generating the required power generation amount is delayed, first, the electric power from the battery 4 is supplied to the drive motor 17 and is generated by the second evaporator 14 with a delay. When the power generation in the fuel cell stack 12 by the steam is started, the power supplied from the battery 4 is controlled to decrease.

ステップ4に続くステップ6では、第2蒸発器14からの蒸気の発生が継続している状態で、ステップ1で演算した電力量ΔDに対応する第1蒸発器6の目標蒸気量を、図4に示すような蒸気発生カーブに基づいて決定する。   In step 6 following step 4, the target vapor amount of the first evaporator 6 corresponding to the electric energy ΔD calculated in step 1 in a state where the generation of vapor from the second evaporator 14 is continued is shown in FIG. It is determined based on the steam generation curve as shown in

ステップ6で演算した第1蒸発器6の蒸気量に基づいて第1蒸発器6での蒸気の発生を開始する(ステップ8)。一方、ステップ6に続くステップ7では、第1蒸発器6で発生した蒸発量に応じて第2蒸発器14で発生する蒸気量を減少させる。   Generation of steam in the first evaporator 6 is started based on the amount of steam in the first evaporator 6 calculated in step 6 (step 8). On the other hand, in step 7 following step 6, the amount of steam generated in the second evaporator 14 is reduced in accordance with the amount of evaporation generated in the first evaporator 6.

ステップ9で、第1蒸発器6の発生蒸気量が目標蒸気量となったときに第2蒸発器14での蒸気の発生を停止する。   In step 9, when the amount of steam generated by the first evaporator 6 reaches the target steam amount, the generation of steam in the second evaporator 14 is stopped.

続くステップ10で、燃料電池システムの状態が定常状態にあることを判定し、定常状態にあればステップ11に進み、過渡状態にあればステップ1に戻る。   In subsequent step 10, it is determined that the state of the fuel cell system is in a steady state. If the fuel cell system is in a steady state, the process proceeds to step 11;

ステップ11で、第2蒸発器14の内圧を所定圧P2に昇圧して、制御を終える。第2蒸発器14の内圧を昇圧しておくことで次回負荷変動時に迅速に水蒸気を発生することができる。   In step 11, the internal pressure of the second evaporator 14 is increased to a predetermined pressure P2, and the control is finished. By increasing the internal pressure of the second evaporator 14, water vapor can be generated quickly at the next load fluctuation.

次に図3のタイミングチャートを用いて、本発明の負荷変動時の制御内容を説明する。   Next, using the timing chart of FIG. 3, the contents of control when the load changes according to the present invention will be described.

まず時刻t1までは発電量D1での定常走行状態で、時刻t1で要求発電量がD1から高負荷側のD2に変動する。そして要求発電量の変動とほぼ同時期にバッテリ4の出力が上昇する。バッテリ4の出力は、要求発電量に対応する出力である。   First, until time t1, the power generation amount D1 is in a steady running state, and at time t1, the required power generation amount changes from D1 to D2 on the high load side. Then, the output of the battery 4 increases almost at the same time as the fluctuation of the required power generation amount. The output of the battery 4 is an output corresponding to the required power generation amount.

そして時刻t2で、第2蒸発器14の内圧がP2からP1に降圧して、水蒸気の発生が開始される。第2蒸発器14からの水蒸気の発生量の増加に対応してバッテリ4からの出力が低下する。なお、第2蒸発器14からの水蒸気による燃料電池スタック12の発電量とバッテリ4からの出力の合計は、要求発電量に一致する。   At time t2, the internal pressure of the second evaporator 14 is reduced from P2 to P1, and generation of water vapor is started. The output from the battery 4 decreases corresponding to the increase in the amount of water vapor generated from the second evaporator 14. Note that the sum of the power generation amount of the fuel cell stack 12 by the water vapor from the second evaporator 14 and the output from the battery 4 matches the required power generation amount.

時刻t3で、第2蒸発器14からの蒸気に伴い改質反応が促進され、CO選択酸化器9の発熱が増大し、発熱の増大に伴い第1蒸発器6での水蒸気の発生量が増加し始める。第1蒸発器6からの水蒸気の発生量の増加に伴い、第2蒸発器14での水蒸気の発生量を低下させる。なお、このとき第1蒸発器6からの水蒸気量と第2蒸発器14からの水蒸気量の合計量での発電量は、要求発電量に対応する。そして時刻t4で第2蒸発器14からの水蒸気量が最大量となり、以後、第1蒸発器6からの水蒸気量の増大に応じて減少する。なお、バッテリ4の出力は第2蒸発器14の水蒸気生成量が増加するとともに減少し、時刻t4までにほぼ0となる。   At time t3, the reforming reaction is promoted with the steam from the second evaporator 14, the heat generation of the CO selective oxidizer 9 increases, and the amount of water vapor generated in the first evaporator 6 increases with the increase in heat generation. Begin to. As the amount of water vapor generated from the first evaporator 6 increases, the amount of water vapor generated in the second evaporator 14 decreases. At this time, the power generation amount as the total amount of water vapor from the first evaporator 6 and water vapor from the second evaporator 14 corresponds to the required power generation amount. Then, at time t4, the amount of water vapor from the second evaporator 14 becomes the maximum amount, and thereafter decreases as the amount of water vapor from the first evaporator 6 increases. Note that the output of the battery 4 decreases as the amount of water vapor generated by the second evaporator 14 increases and becomes substantially zero by time t4.

そして時刻t5で、第2蒸発器14での水蒸気の発生を停止して、圧力逃し弁を閉じて内圧をP2まで昇圧し、第1蒸発器6からの水蒸気の発生量のみで要求発電量を維持し、発電量D2での定常状態に移行する。   At time t5, the generation of water vapor in the second evaporator 14 is stopped, the pressure relief valve is closed, the internal pressure is increased to P2, and the required power generation amount is obtained only by the generation amount of water vapor from the first evaporator 6. It maintains, and it transfers to the steady state with the electric power generation amount D2.

なお、第2蒸発器14の水蒸気温度が低下するのは、第2蒸発器14での水蒸気の生成のために燃焼ガスの顕熱及び第2燃焼器13の顕熱を消費しているためである。   The water vapor temperature of the second evaporator 14 is lowered because the sensible heat of the combustion gas and the sensible heat of the second combustor 13 are consumed for the production of water vapor in the second evaporator 14. is there.

また、燃料電池システムに対する要求負荷の変動がある、例えば定常状態から減速状態に移行する場合(負荷が減少する場合)の制御については、要求発電量に対して燃料電池システムから供給される発電量が多くなるため、余剰分の電力を消費する必要がある。この余剰分の電力は、例えばバッテリ4に蓄電したり、力行状態にあるモータで消費するようにすればよい。   For control when there is a change in the required load on the fuel cell system, for example, when shifting from a steady state to a deceleration state (when the load decreases), the power generation amount supplied from the fuel cell system with respect to the required power generation amount Therefore, it is necessary to consume surplus power. For example, the surplus power may be stored in the battery 4 or consumed by a motor in a power running state.

このように本発明は、燃料電池スタックに水素リッチの改質ガスを供給する改質システムを備えた燃料電池システムにおいて、前記改質システム内で発生した熱を回収して改質反応に用いる原料を蒸発する第1蒸発器6と、前記燃料電池スタックから排出されたガスを燃焼する燃焼器13と、この燃焼器から排出された高温の燃焼ガスの熱を用いて改質反応に用いる原料を蒸発する第2蒸発器14とを備え、前記燃料電池システムの定常状態では前記第1蒸発器6から前記改質システムに蒸発原料を供給し、前記燃料電池システムへの要求発電量が増加する過渡状態では前記第1蒸発器6からの蒸発原料に加え、第2蒸発器から蒸発燃料を改質システムに供給し、第2蒸発器14は前記要求発電量に対して不足する第1蒸発器からの蒸発燃料を補うように改質システムに蒸発燃料を供給する。   As described above, the present invention provides a fuel cell system including a reforming system that supplies hydrogen-rich reformed gas to a fuel cell stack, and recovers heat generated in the reforming system to be used for a reforming reaction. The first evaporator 6 for evaporating the gas, the combustor 13 for combusting the gas discharged from the fuel cell stack, and the raw material used for the reforming reaction using the heat of the high-temperature combustion gas discharged from the combustor And a second evaporator 14 that evaporates. In a steady state of the fuel cell system, the evaporation material is supplied from the first evaporator 6 to the reforming system, and the required power generation amount to the fuel cell system increases. In the state, in addition to the evaporation raw material from the first evaporator 6, the evaporated fuel is supplied from the second evaporator to the reforming system, and the second evaporator 14 is supplied from the first evaporator which is insufficient with respect to the required power generation amount. Evaporative fuel Supplying vaporized fuel to the reforming system to compensate.

したがって、燃料電池システム定常運転時には、改質システムで発生する熱を用いて改質原料を蒸発させる第1蒸発器6を用いて蒸発原料を改質システムに供給するため、燃料電池システムの熱効率を向上することができる。一方、負荷が増加する過渡時には第1蒸発器から供給する蒸発原料量が、要求発電量を発生する蒸発原料量に対して遅れて発生するため、要求発電量に相当する発電量の発生に遅れが生じる。この遅れによる不足分を第2蒸発器14からの蒸発原料の供給で補うことで、要求発電量に相当する発電量の発生の遅れを抑制し、負荷変動の要求に対する改質システムの出力応答性を向上して、運転性を改善することができる。   Therefore, at the time of steady operation of the fuel cell system, since the evaporation material is supplied to the reforming system using the first evaporator 6 that evaporates the reforming material using the heat generated in the reforming system, the thermal efficiency of the fuel cell system is improved. Can be improved. On the other hand, when the load increases, the amount of evaporation material supplied from the first evaporator is delayed with respect to the amount of evaporation material that generates the required power generation amount. Therefore, the generation amount corresponding to the required power generation amount is delayed. Occurs. By compensating for the shortage due to this delay with the supply of the evaporation raw material from the second evaporator 14, the delay in the generation of the power generation amount corresponding to the required power generation amount is suppressed, and the output responsiveness of the reforming system with respect to the load fluctuation request Can improve drivability.

また、本発明では、改質システムにCO選択酸化反応器9を備え、第1蒸発器はこのCO選択酸化反応器9で生じる反応熱及びCO選択酸化反応器9に供給される改質ガスの顕熱を用いて原料(水)を蒸発させるようにした。ここで、CO選択酸化反応器9は、図1に示すように通常、シフト反応器10の下流側に配置される。CO選択酸化反応器9にはシフト反応器10から排出される300℃程度の改質ガスが流入する。一方、COの選択酸化処理を行った後は、改質ガスは最終的には80℃程度となって燃料電池スタック12へ供給される。燃料電池システム構成にもよるが、改質システムの一連の流れでは10〜20kW程度の熱が放出され、この熱を用いて第1蒸発器6で蒸発原料を生成する。このように、CO選択酸化反応器9で発生する熱を用いて第1蒸発器6で蒸発原料を生成するため熱効率の良い燃料電池システムとすることができる。   Further, in the present invention, the reforming system is provided with the CO selective oxidation reactor 9, and the first evaporator has the reaction heat generated in the CO selective oxidation reactor 9 and the reformed gas supplied to the CO selective oxidation reactor 9. The raw material (water) was evaporated using sensible heat. Here, the CO selective oxidation reactor 9 is usually arranged on the downstream side of the shift reactor 10 as shown in FIG. The reformed gas at about 300 ° C. discharged from the shift reactor 10 flows into the CO selective oxidation reactor 9. On the other hand, after the selective oxidation treatment of CO is performed, the reformed gas finally reaches about 80 ° C. and is supplied to the fuel cell stack 12. Although depending on the configuration of the fuel cell system, heat of about 10 to 20 kW is released in a series of flows of the reforming system, and an evaporation raw material is generated by the first evaporator 6 using this heat. As described above, since the evaporation raw material is generated in the first evaporator 6 using the heat generated in the CO selective oxidation reactor 9, a fuel cell system with high thermal efficiency can be obtained.

図5は、第2燃焼器14の下流に設置した第2熱交換器21の制御内容の一例についてのフローチャートである。   FIG. 5 is a flowchart of an example of control content of the second heat exchanger 21 installed downstream of the second combustor 14.

燃料電池システムの運転状態は、過渡および定常状態での要求電力の変化に応じて、燃焼器13の燃焼ガスの量および第2蒸発器14の筐体および、第2蒸発器14が貯留する水の熱量が異なる。特に燃料電池システムで長時間の高負荷定常運転が続く場合、第2蒸発器14で燃焼ガスの有する熱量が消費されなくなり、そのまま下流に流れ、コンデンサ15で処理しきれない温度域の燃焼ガスになる可能性がある。このよう場合の第2蒸発器14の下流に設置した第2熱交換器21を用いた燃焼ガスの温度制御を説明する。   The operating state of the fuel cell system is such that the amount of combustion gas in the combustor 13, the housing of the second evaporator 14, and the water stored in the second evaporator 14 according to changes in required power in transient and steady states. The amount of heat is different. In particular, when the fuel cell system continues to operate for a long time under a high load, the amount of heat of the combustion gas is not consumed in the second evaporator 14, and flows into the combustion gas in a temperature range that cannot flow through the condenser 15 as it flows downstream. There is a possibility. The temperature control of the combustion gas using the second heat exchanger 21 installed downstream of the second evaporator 14 in this case will be described.

まずステップ21で、温度センサ22で第2熱交換器21の出口での燃焼ガス温度Tを測定する。次にその検出温度Tが、コンデンサ15の処理可能温度上限値Te2以上かを判断し(ステップ22)、Te2以上であれば第2熱交換器21を流れる油等の適切な媒体を流通させて、媒体と燃焼ガスとの間で熱交換を実施して、燃焼ガスの温度低下させる(ステップ23)。ステップ22で燃焼ガスの温度がTe2未満であれば、ステップ21に戻り、温度検出を繰り返す。ステップ23に続くステップ24では、検出温度Tとコンデンサ15の処理切換温度Te1(ここで、Te1<Te2である。)とを比較して、検出温度Tがコンデンサ15の処理切換温度Te1以下になったら第2熱交換器21の媒体を流通を停止し(ステップ25)、最初のステップに戻る。処理切換温度Te1を越えていれば、ステップ24の温度判定を繰り返す。   First, in step 21, the combustion gas temperature T at the outlet of the second heat exchanger 21 is measured by the temperature sensor 22. Next, it is determined whether the detected temperature T is equal to or higher than the processable temperature upper limit value Te2 of the capacitor 15 (step 22). If it is equal to or higher than Te2, an appropriate medium such as oil flowing through the second heat exchanger 21 is circulated. Then, heat exchange is performed between the medium and the combustion gas to lower the temperature of the combustion gas (step 23). If the temperature of the combustion gas is less than Te2 in step 22, the process returns to step 21 and the temperature detection is repeated. In step 24 following step 23, the detected temperature T is compared with the processing switching temperature Te1 of the capacitor 15 (where Te1 <Te2), and the detected temperature T becomes equal to or lower than the processing switching temperature Te1 of the capacitor 15. Then, the circulation of the medium of the second heat exchanger 21 is stopped (step 25), and the process returns to the first step. If the process switching temperature Te1 is exceeded, the temperature determination in step 24 is repeated.

このような第2熱交換器21の制御とすることにより、燃料電池システムが長時間に渡って高負荷定常運転が継続される状態でも、第2熱交換器21によりコンデンサ15に流入する燃焼ガス温度を適正に制御することができ、コンデンサ15で燃焼ガス中の水分を効率よく回収することができる。   By controlling the second heat exchanger 21 as described above, the combustion gas flowing into the condenser 15 by the second heat exchanger 21 even in a state where the fuel cell system continues the high load steady operation for a long time. The temperature can be appropriately controlled, and the moisture in the combustion gas can be efficiently recovered by the capacitor 15.

図6は、本発明の第2の実施形態としての燃料電池システムの構成を示す図である。この構成は、第1の実施形態の構成に対して、燃料タンク2から燃焼器13へ燃料を供給する第2燃料流路32と、この第2燃料流路32の途中に設置され、燃料を燃焼器13に供給するための燃料ポンプ23とを追加した。さらに第2蒸発器14から改質反応器1に水蒸気を供給する第6水流路56から分岐して水蒸気を水タンク7に排出するための第8水流路58と、既設された水タンク7と第2蒸発器14とを接続する第5水流路55から分岐して第8水流路58と接続する第9水流路59とを設置する。また第2蒸発器14の水蒸気を改質反応器1に供給する第6水流路56から分岐して水蒸気をシフト反応器10に供給する第10水流路60と、第2蒸発器14内の圧力を検出する圧力センサ24とを追加した構成である。圧力センサ24の出力は統合コントローラ20に出力される。   FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system as a second embodiment of the present invention. This configuration is different from the configuration of the first embodiment in that a second fuel flow path 32 that supplies fuel from the fuel tank 2 to the combustor 13 is installed in the middle of the second fuel flow path 32, and the fuel is A fuel pump 23 for supplying to the combustor 13 was added. Furthermore, an eighth water channel 58 for branching from the sixth water channel 56 for supplying water vapor from the second evaporator 14 to the reforming reactor 1 and discharging the water vapor to the water tank 7, an existing water tank 7, A ninth water channel 59 branched from the fifth water channel 55 connecting the second evaporator 14 and connected to the eighth water channel 58 is installed. Further, a tenth water channel 60 that branches from the sixth water channel 56 that supplies the steam of the second evaporator 14 to the reforming reactor 1 and supplies the steam to the shift reactor 10, and the pressure in the second evaporator 14. Is added to the pressure sensor 24. The output of the pressure sensor 24 is output to the integrated controller 20.

なお、第5水流路55と第9水流路59との分岐点には流量制御弁96が設置され、第8水流路58と第9水流路59との分岐点には流量制御弁98が設置される。また第6水流路56と第10水流路60との分岐点にも流量制御弁97が設置されている。第2蒸発器14内の第6水流路56と第8水流路58との分岐点には圧力逃し弁99が設置され、これら弁の制御は、統合コントローラ20によって実施される。   A flow rate control valve 96 is installed at the branch point between the fifth water channel 55 and the ninth water channel 59, and a flow rate control valve 98 is installed at the branch point between the eighth water channel 58 and the ninth water channel 59. Is done. A flow control valve 97 is also installed at the branch point between the sixth water channel 56 and the tenth water channel 60. A pressure relief valve 99 is installed at a branch point between the sixth water channel 56 and the eighth water channel 58 in the second evaporator 14, and these valves are controlled by the integrated controller 20.

このように構成されて、本実施形態の制御内容を図7を用いて説明する。この制御は、統合コントローラ20により実施される。この制御は、燃料電池システムの運転条件によっては、第2蒸発器14の発生する水蒸気が過剰となる場合があり、この過剰な水蒸気が発生した場合に対処するための制御である。   With this configuration, the control contents of this embodiment will be described with reference to FIG. This control is performed by the integrated controller 20. This control is a control for dealing with the case where the water vapor generated by the second evaporator 14 becomes excessive depending on the operating conditions of the fuel cell system, and this excessive water vapor is generated.

まずステップ31で、第2蒸発器14の内圧Pを圧力センサ24から読み込む。続いてステップ32で、検出した内圧Pが、第2蒸発器14の所定圧力PL2以上かどうかを判定し、PL2以上であれば、ステップ33に進み、第2蒸発器14の内圧Pを低下させるため流量制御弁98、圧力逃し弁99を切り換え、第2蒸発器14から排出される水蒸気を水流路57を通じて水タンク7に放出させる。検出した内圧PがPL2未満の時にはステップ31に戻り、第2蒸発器14の内圧Pの検出を繰り返す。   First, in step 31, the internal pressure P of the second evaporator 14 is read from the pressure sensor 24. Subsequently, at step 32, it is determined whether or not the detected internal pressure P is equal to or higher than a predetermined pressure PL2 of the second evaporator 14, and if it is equal to or higher than PL2, the process proceeds to step 33 and the internal pressure P of the second evaporator 14 is decreased. Therefore, the flow control valve 98 and the pressure relief valve 99 are switched, and the water vapor discharged from the second evaporator 14 is released to the water tank 7 through the water channel 57. When the detected internal pressure P is less than PL2, the process returns to step 31, and the detection of the internal pressure P of the second evaporator 14 is repeated.

ステップ33に続くステップ34では、再び圧力センサ24を用いて第2蒸発器14内の内圧を検出して、読み込み、ステップ35で、検出した内圧が第2蒸発器14の所定圧力PL1(ここで、PL1<PL2である。)以下かどうかを判定する。検出した内圧が所定圧力PL1以下であれば、ステップ33で切り換えた流量制御弁98、圧力逃し弁99を元の状態に戻し(ステップ36)、所定圧力PL1を越えていればステップ34に戻り、第2蒸発器14の内圧の検出を再度行う。   In step 34 following step 33, the internal pressure in the second evaporator 14 is again detected and read using the pressure sensor 24, and in step 35, the detected internal pressure is changed to a predetermined pressure PL1 (here, the second evaporator 14). , PL1 <PL2). If the detected internal pressure is less than or equal to the predetermined pressure PL1, the flow control valve 98 and the pressure relief valve 99 switched in step 33 are returned to the original state (step 36), and if the predetermined pressure PL1 is exceeded, the process returns to step 34. The internal pressure of the second evaporator 14 is detected again.

このような制御とすることで、第2蒸発器14内の水蒸気圧力を適正に維持することができ、第2蒸発器14の故障を予防することができる。   By setting it as such control, the water vapor pressure in the 2nd evaporator 14 can be maintained appropriately, and failure of the 2nd evaporator 14 can be prevented.

なお、上記説明においては、第2蒸発器14内の圧力を、余剰の水蒸気を放出することで低下させる方法について説明したが、燃料電池システム停止時には、第2蒸発器14自体が熱を持っているので、流量制御弁96、98を切り換えて、第2蒸発器14内の水蒸気を第5水流路55から水流路59、58を通じて水タンク7に排出するようにしてもよい。   In the above description, the method of lowering the pressure in the second evaporator 14 by discharging excess water vapor has been described. However, when the fuel cell system is stopped, the second evaporator 14 itself has heat. Therefore, the flow control valves 96 and 98 may be switched so that the water vapor in the second evaporator 14 is discharged from the fifth water channel 55 to the water tank 7 through the water channels 59 and 58.

図8に示すフローチャートは、第2蒸発器14から改質反応器1へ水蒸気を供給する場合(例えば、定常状態から負荷が増大する加速走行状態の場合)に水蒸気の温度と量に応じて改質反応器1に供給する空気量と燃料量とを補正することについて説明するものである。この制御は、第1、第2実施形態それぞれに適用することができる。   The flowchart shown in FIG. 8 is modified according to the temperature and amount of steam when supplying steam from the second evaporator 14 to the reforming reactor 1 (for example, in an accelerated running state where the load increases from a steady state). The correction of the amount of air and the amount of fuel supplied to the quality reactor 1 will be described. This control can be applied to each of the first and second embodiments.

まずステップ41で、要求駆動力を発生する要求電力を読み込み、負荷の変動分に対応する電力を算出する。次にステップ42で、この変動分電力に基づいて第2蒸発器14の蒸気発生カーブを算出する。この蒸気発生カーブから発生する水蒸気の温度と量を求め、さらに改質反応器1の活性温度を加味して改質反応器1に供給する空気と燃料の補正量を算出する(ステップ43)。このときの空気量と燃料量は、改質反応器1に供給される水蒸気の温度が改質反応器1の活性温度となるように補正される。そしてステップ44で、算出された補正空気量と補正燃料量を加味した空気量と燃料量となるようにブロア4および燃料ポンプ3を制御する。   First, at step 41, the required power for generating the required driving force is read, and the power corresponding to the load fluctuation is calculated. Next, at step 42, a steam generation curve of the second evaporator 14 is calculated based on the fluctuation power. The temperature and amount of water vapor generated from this steam generation curve are obtained, and the correction amount of air and fuel supplied to the reforming reactor 1 is calculated taking into account the activation temperature of the reforming reactor 1 (step 43). The amount of air and the amount of fuel at this time are corrected so that the temperature of the steam supplied to the reforming reactor 1 becomes the activation temperature of the reforming reactor 1. In step 44, the blower 4 and the fuel pump 3 are controlled so that the air amount and the fuel amount with the calculated corrected air amount and the corrected fuel amount are taken into account.

このように、第2蒸発器14で発生した水蒸気を改質反応器1に供給する場合に、水蒸気の温度を改質反応器1の活性温度となるように加熱するため改質反応器1に供給する空気量と燃料量を補正する。このため、供給された水蒸気を加熱するための熱量に無駄が生じることがなく、熱効率を向上することができる。   As described above, when the steam generated in the second evaporator 14 is supplied to the reforming reactor 1, the steam is heated so that the steam temperature becomes the activation temperature of the reforming reactor 1. Correct the amount of air and fuel supplied. For this reason, there is no waste in the amount of heat for heating the supplied water vapor, and the thermal efficiency can be improved.

なお、図6の第2の実施形態に示すように第2蒸発器14からの水蒸気を第6水流路56から第10水流路60を通じてシフト反応器10に追加供給するようにしてもよい。   As shown in the second embodiment of FIG. 6, the water vapor from the second evaporator 14 may be additionally supplied from the sixth water channel 56 to the shift reactor 10 through the tenth water channel 60.

燃料改質において、水は主に改質反応器1とシフト反応器10によって消費される。したがって、第2蒸発器14で生じた水蒸気を改質反応器1とシフト反応器10に供給できるようにすることにより、これら反応器での水分不足を防止することができる。特に改質反応器1で水不足が発生すると、炭素析出が生じて改質効率が低下することになり、防止することが重要である。   In fuel reforming, water is mainly consumed by the reforming reactor 1 and the shift reactor 10. Therefore, by making it possible to supply the steam generated in the second evaporator 14 to the reforming reactor 1 and the shift reactor 10, it is possible to prevent water shortage in these reactors. In particular, when water shortage occurs in the reforming reactor 1, carbon deposition occurs and the reforming efficiency decreases, and it is important to prevent it.

図9に示すフローチャートは、燃料電池システムを搭載した車両が定常走行状態で改質反応器1に供給する水蒸気が不足する状態となったときに、第2蒸発器14から水蒸気を改質反応器1に供給して不足分を補うようにする場合の制御内容を説明するものである。   The flowchart shown in FIG. 9 shows that when the vehicle equipped with the fuel cell system is in a steady running state and the steam supplied to the reforming reactor 1 is insufficient, the steam from the second evaporator 14 is reformed. The contents of the control when supplying to 1 to compensate for the shortage will be described.

まずステップ51で、改質反応器1の入口に設置したセンサ25から改質反応器1に供給される空気の温度と湿度を読み込む。ステップ52では検出した空気の温度と湿度を、改質反応器1に予め設定された空気の温度と湿度の基本値と比較し、その差から空気中に含まれる水分量の差Fを算出する。   First, in step 51, the temperature and humidity of air supplied to the reforming reactor 1 are read from the sensor 25 installed at the inlet of the reforming reactor 1. In step 52, the detected temperature and humidity of the air are compared with basic values of the temperature and humidity of the air set in advance in the reforming reactor 1, and the difference F in the amount of water contained in the air is calculated from the difference. .

そしてステップ53で、水分量の差Fを第2蒸発器14に水を供給する水ポンプ11の定常吐出量から減算し、ステップ54でこの値Dが所定範囲にあるかどうかを判定する。この値Dが所定範囲以下であれば、空気中の水分量が多い状態であり、水ポンプ11の吐出量を減少させ、言い換えると第2蒸発器14で生成する水蒸気量を減少させる(ステップ55)。また、所定範囲内であれば、空気中の水分は設定された水分量と同等であり、水ポンプ11の吐出量を維持する(ステップ56)。一方、所定範囲以上であれば、空気中の水分量が設定量より少ない状態であり、水ポンプ11の吐出量を増加させて水分量を調整し、第2蒸発器14で生成する水蒸気量を増加させる(ステップ57)。   In step 53, the difference F in water amount is subtracted from the steady discharge amount of the water pump 11 that supplies water to the second evaporator 14, and in step 54, it is determined whether or not the value D is within a predetermined range. If this value D is less than or equal to the predetermined range, the amount of moisture in the air is large, and the discharge amount of the water pump 11 is reduced, in other words, the amount of water vapor generated by the second evaporator 14 is reduced (step 55). ). Moreover, if it is in the predetermined range, the water | moisture content in air is equivalent to the set moisture content, and the discharge amount of the water pump 11 is maintained (step 56). On the other hand, if it is more than the predetermined range, the amount of moisture in the air is less than the set amount, the amount of water generated by the second evaporator 14 is adjusted by increasing the discharge amount of the water pump 11 and adjusting the amount of moisture. Increase (step 57).

したがって、部分酸化反応やオートサーマル反応で使用される空気、特に外気から供給される空気は湿度条件が供給時毎に変化し、この湿度の変化により改質反応の条件が左右されることになるが、第2蒸発器14の水蒸気を定常状態でも供給できるようにすることで、第2蒸発器14からの水蒸気を用いて改質反応器へ供給される水分量を所定量に制御することで、改質条件を一定にしより効率よく改質を行うことが可能となる。   Therefore, the humidity conditions of the air used in the partial oxidation reaction and autothermal reaction, especially the air supplied from the outside air, change every time it is supplied, and this change in humidity affects the conditions of the reforming reaction. However, by making it possible to supply the steam of the second evaporator 14 even in a steady state, the amount of water supplied to the reforming reactor is controlled to a predetermined amount using the steam from the second evaporator 14. Thus, the reforming conditions can be made constant and the reforming can be performed more efficiently.

このように、第2蒸発器14から改質反応器1への水蒸気の供給量を改質反応器1に供される空気中の水分量により補正するため、より正確に改質反応器1に供給される水分量を最適な範囲に制御することができ、改質効率を向上することができるとともに、改質反応器1の水不足による劣化を防止することができる。   In this way, the amount of water vapor supplied from the second evaporator 14 to the reforming reactor 1 is corrected by the amount of moisture in the air supplied to the reforming reactor 1, so that the reforming reactor 1 can be more accurately specified. The amount of water supplied can be controlled within an optimal range, the reforming efficiency can be improved, and the reforming reactor 1 can be prevented from being deteriorated due to water shortage.

なお、上記説明においては、改質反応器1に供給される空気中の水分量を検出して第2蒸発器14からの水蒸気供給量を補正したが、燃料電池システム外の空気中の水分量に基づいて第2蒸発器14から供給される水蒸気量を補正するようにしても同様の効果を得ることができる。   In the above description, the amount of water in the air supplied to the reforming reactor 1 is detected to correct the amount of water vapor supplied from the second evaporator 14, but the amount of water in the air outside the fuel cell system is corrected. The same effect can be obtained by correcting the amount of water vapor supplied from the second evaporator 14 based on the above.

なお、本発明は上記の実施例や実施形態に限定されるものではない。例えば、第2蒸発器14が負荷変動時の水蒸気供給による補償を続け、第2蒸発器14自身の持つ熱量が少なくなってしまった場合や燃料電池システムがアイドル状態を続けて第2蒸発器14の温度が下がってしまった場合について考えると、図6のシステム図に示すように、燃料タンク2から第2燃料流路32および燃料ポンプ23を設ける。燃焼器13には第5空気流路45より空気が供給されるため、これにより追加の燃料を燃焼器13内で燃やし、第2蒸発器14の熱量維持をしても良い。   In addition, this invention is not limited to said Example and embodiment. For example, when the second evaporator 14 continues compensation by supplying water vapor when the load fluctuates, the amount of heat of the second evaporator 14 itself decreases, or when the fuel cell system continues in an idle state, the second evaporator 14 As shown in the system diagram of FIG. 6, the second fuel flow path 32 and the fuel pump 23 are provided from the fuel tank 2. Since air is supplied to the combustor 13 from the fifth air flow path 45, additional fuel may be burned in the combustor 13 and the heat amount of the second evaporator 14 may be maintained.

また、これまでは蒸発原料の中でも燃料電池システムの応答性を律速する水の蒸発について述べてきたが、蒸発する原料が燃料であるシステムとしても良い。   In addition, the evaporation of water that controls the responsiveness of the fuel cell system among the evaporation materials has been described so far. However, the evaporation material may be a fuel.

また、燃料改質のS/C(燃料量に対する水の比率)を非常に上げたい場合も考えられる。この場合は、第2蒸発器14の図2に示す過渡補償制御用と図9に示す定常補償制御用の水蒸気比率を定常補償制御用に比率を大きくする等自由に設定してよい。   It is also conceivable that the fuel reforming S / C (the ratio of water to the amount of fuel) should be greatly increased. In this case, the water vapor ratio for the transient compensation control shown in FIG. 2 and the steady compensation control shown in FIG. 9 of the second evaporator 14 may be set freely, for example, by increasing the ratio for steady compensation control.

また、燃焼ガスを最終的にはコンデンサ15で温度を下げ、水を回収するが、このとき冷却する媒体を利用して改質および燃料電池スタックの酸化ガスとして使用する空気を加湿するシステムとしても良い。   In addition, the temperature of the combustion gas is finally lowered by the condenser 15 and water is recovered, but a system that humidifies the air used as the oxidizing gas of the reforming and fuel cell stack using the cooling medium at this time can also be used. good.

また、ここではオートサーマルの改質システムを用いて説明してきたが、プラズマ改質システムでも同様の効果を得る事ができる。   In addition, the autothermal reforming system has been described here, but the same effect can be obtained with a plasma reforming system.

本発明を適用した燃料電池システムは、負荷変動時に要求電力を供給することができるため、応答性を特に要求される車両等に利用可能である。   The fuel cell system to which the present invention is applied can supply the required power when the load fluctuates, and thus can be used for a vehicle or the like that particularly requires responsiveness.

本発明の燃料電池システムの構成図である。It is a block diagram of the fuel cell system of this invention. 本発明の制御内容を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the control content of this invention. 本発明の制御内容を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining the contents of control of the present invention. 蒸気発生カーブの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a steam generation curve. 第2熱交換器の制御内容を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the control content of a 2nd heat exchanger. 第2の実施形態の燃料電池システムの構成図である。It is a block diagram of the fuel cell system of 2nd Embodiment. 第2の実施形態の制御内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control content of 2nd Embodiment. 改質反応器に供給する空気量と燃料量の補正について説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining correction | amendment of the air quantity and fuel quantity which are supplied to a reforming reactor. 定常走行状態で改質反応器に供給する水蒸気が不足する状態となったときに、第2蒸発器から水蒸気を改質反応器に供給して不足分を補う場合の制御内容を説明するフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart for explaining the control contents when supplying the steam to the reforming reactor from the second evaporator to compensate for the shortage when the steam to be supplied to the reforming reactor becomes insufficient in the steady running state. is there.

符号の説明Explanation of symbols

1 改質反応器
2 燃料タンク
3 燃料ポンプ
4 ブロア
5 第1熱交換器
6 第1蒸発器
7 水タンク
8 水ポンプ
9 CO選択酸化器
10 シフト反応器
11 水ポンプ
12 燃料電池スタック
13 燃焼器
14 第4蒸発器
15 コンデンサ
16 インバータ
17 駆動モータ
18 駆動輪
19 バッテリ
20 統合コントローラ
21 第2熱交換器
22 温度センサ
24 圧力センサ
31〜33 第1〜第3燃料流路
41〜46 第1〜第6空気流路
51〜59 第1〜第9水流路
61〜64 第1〜第4改質ガス流路
71、72 第1、第2燃焼ガス流路
99 圧力逃し弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reforming reactor 2 Fuel tank 3 Fuel pump 4 Blower 5 1st heat exchanger 6 1st evaporator 7 Water tank 8 Water pump 9 CO selective oxidizer 10 Shift reactor 11 Water pump 12 Fuel cell stack 13 Combustor 14 4th evaporator 15 capacitor | condenser 16 inverter 17 drive motor 18 drive wheel 19 battery 20 integrated controller 21 2nd heat exchanger 22 temperature sensor 24 pressure sensor 31-33 1st-3rd fuel flow path 41-46 1st-6th Air channels 51 to 59 First to ninth water channels 61 to 64 First to fourth reformed gas channels 71, 72 First and second combustion gas channels 99 Pressure relief valve

Claims (13)

燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに水素リッチの改質ガスを供給する改質システムと、
を備えた燃料電池システムにおいて、
前記改質システム内で発生した熱を回収して改質反応に用いる原料を蒸発させる第1蒸発器と、
前記燃料電池スタックから排出されたガスを燃焼する燃焼器と、
前記燃焼器から排出される燃焼ガスの熱を用いて改質反応に用いる原料を蒸発させる第2蒸発器とを備え、
前記燃料電池システムの定常状態では、前記第1蒸発器から前記改質システムに蒸発原料を供給し、
前記燃料電池システムへの要求発電量が増加する過渡状態では、前記第1蒸発器からの蒸発原料に加え、前記第2蒸発器から前記要求発電量に対して不足する前記蒸発原料を補うように蒸発原料を改質システムに供給することを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell stack;
A reforming system for supplying hydrogen-rich reformed gas to the fuel cell stack;
In a fuel cell system comprising:
A first evaporator for recovering heat generated in the reforming system and evaporating a raw material used for the reforming reaction;
A combustor for burning the gas discharged from the fuel cell stack;
A second evaporator that evaporates the raw material used for the reforming reaction using the heat of the combustion gas discharged from the combustor,
In a steady state of the fuel cell system, the evaporation material is supplied from the first evaporator to the reforming system,
In a transient state in which the required power generation amount to the fuel cell system increases, in addition to the evaporation raw material from the first evaporator, the evaporation raw material that is insufficient with respect to the required power generation amount from the second evaporator is compensated. A fuel cell system that supplies an evaporation material to a reforming system.
前記改質システムは、一酸化炭素選択酸化器を備え、
前記第1蒸発器は、前記一酸化炭素選択酸化器での反応熱及び改質ガスの顕熱を用いて原料を蒸発させることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。
The reforming system includes a carbon monoxide selective oxidizer,
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the first evaporator evaporates the raw material using the reaction heat in the carbon monoxide selective oxidizer and the sensible heat of the reformed gas.
前記第2蒸発器内の原料流路の圧力を制御することを特徴する請求項1に記載の燃料電池システム。   2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the pressure of the raw material flow path in the second evaporator is controlled. 燃料電池システムへの要求電力が増加した場合に、第2蒸発器内の圧力を低下させることを特徴とする請求項3に記載の燃料電池システム。   4. The fuel cell system according to claim 3, wherein when the required power to the fuel cell system increases, the pressure in the second evaporator is reduced. 燃料電池システムへの要求電力が増加から一定に転じた場合、前記第2蒸発器内の圧力を上昇させることを特徴とする請求項4に記載の燃料電池システム。   5. The fuel cell system according to claim 4, wherein when the required power to the fuel cell system changes from an increase to a constant, the pressure in the second evaporator is increased. 前記第2蒸発器から排出された燃焼ガス内の水分を回収するコンデンサと、
前記第2蒸発器から排出される燃焼ガスの温度を制御する熱交換器とを備え、
前記熱交換器は、前記コンデンサに流入する燃焼ガス温度を所定温度に制御することを特徴とする請求項1から5のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
A condenser for recovering moisture in the combustion gas discharged from the second evaporator;
A heat exchanger for controlling the temperature of the combustion gas discharged from the second evaporator,
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, wherein the heat exchanger controls a temperature of a combustion gas flowing into the condenser to a predetermined temperature.
前記第2蒸発器は圧力制御弁を備え、
前記圧力制御弁は、前記第2蒸発器内の原料温度または原料圧力に応じて前記圧力抑制御弁から排出される原料量を制御することを特徴とする請求項3に記載の燃料電池システム。
The second evaporator comprises a pressure control valve;
4. The fuel cell system according to claim 3, wherein the pressure control valve controls the amount of raw material discharged from the pressure suppression control valve in accordance with a raw material temperature or a raw material pressure in the second evaporator.
前記改質システムは、
燃料を水素リッチの改質ガスに改質する改質反応器と、
前記改質ガスに含有される一酸化炭素を低減して改質ガス中の水素濃度を高める水性ガスシフト反応器とを備え、
第2蒸発器は、水を水蒸気に変換する蒸発器であり、
第2蒸発器で生成した水蒸気を前記改質反応器と前記水性ガスシフト反応器の少なくとも一方に供給することを特徴とする請求項3に記載の燃料電池システム。
The reforming system includes:
A reforming reactor that reforms the fuel into a hydrogen-rich reformed gas;
A water gas shift reactor that reduces the carbon monoxide contained in the reformed gas and increases the hydrogen concentration in the reformed gas;
The second evaporator is an evaporator that converts water into water vapor,
The fuel cell system according to claim 3, wherein water vapor generated in the second evaporator is supplied to at least one of the reforming reactor and the water gas shift reactor.
前記第2蒸発器から前記改質反応器に供給される水蒸気の温度と量に応じて、前記改質反応器に供給される空気と燃料の量を補正することを特徴とする請求項8に記載の燃料電池システム。   9. The amount of air and fuel supplied to the reforming reactor is corrected according to the temperature and amount of water vapor supplied from the second evaporator to the reforming reactor. The fuel cell system described. 燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに水素リッチの改質ガスを供給する改質システムと、
を備えた燃料電池システムにおいて、
前記改質システム内で発生した熱を回収して改質反応に用いる原料を蒸発させる第1蒸発器と、
前記燃料電池スタックから排出されたガスを燃焼する燃焼器と、
前記燃焼器から排出される高温の燃焼ガスの熱を用いて改質反応に用いる原料を蒸発させる第2蒸発器とを備え、
前記燃料電池システムが発電状態にある場合には、前記第1蒸発器からの蒸発原料に加え、前記第2蒸発器から前記要求発電量に対して不足する前記蒸発原料を補うように蒸発原料を改質システムに供給することを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell stack;
A reforming system for supplying hydrogen-rich reformed gas to the fuel cell stack;
In a fuel cell system comprising:
A first evaporator for recovering heat generated in the reforming system and evaporating a raw material used for the reforming reaction;
A combustor for burning the gas discharged from the fuel cell stack;
A second evaporator that evaporates the raw material used for the reforming reaction using the heat of the high-temperature combustion gas discharged from the combustor,
When the fuel cell system is in a power generation state, in addition to the evaporation material from the first evaporator, the evaporation material is supplied from the second evaporator so as to supplement the evaporation material that is insufficient with respect to the required power generation amount. A fuel cell system for supplying to a reforming system.
外気の温度及び湿度を検出するセンサを備え、
前記第2蒸発器は水を水蒸気に変換する蒸発器であって、
燃料電池システムが定常運転時に前記第2蒸発器から前記改質システムに水蒸気を供給する場合、供給される水蒸気量を検出された外気温度及び湿度に応じて補正することを特徴とする請求項10に記載の燃料電池システム。
It has a sensor that detects the temperature and humidity of the outside air,
The second evaporator is an evaporator that converts water into water vapor,
11. When the fuel cell system supplies water vapor from the second evaporator to the reforming system during steady operation, the amount of water vapor supplied is corrected according to the detected outside air temperature and humidity. The fuel cell system described in 1.
前記改質システムに供給される空気の温度及び湿度を検出するセンサを備え、
前記第2蒸発器は水を水蒸気に変換する蒸発器であって、
燃料電池システムが定常運転時に前記第2蒸発器から前記改質システムに水蒸気を供給する場合、供給される水蒸気量を検出された空気温度及び湿度に応じて補正することを特徴とする請求項10に記載の燃料電池システム。
A sensor for detecting the temperature and humidity of the air supplied to the reforming system;
The second evaporator is an evaporator that converts water into water vapor,
11. When the fuel cell system supplies steam from the second evaporator to the reforming system during steady operation, the amount of steam supplied is corrected according to the detected air temperature and humidity. The fuel cell system described in 1.
燃料電池スタックと前記燃料電池スタックに水素リッチの改質ガスを供給する改質システムとを備えた燃料電池システムと、燃料電池が発電した電力を蓄電するバッテリと、を電力供給源とする駆動モータにより駆動する燃料電池車両において、
前記燃料電池システムは、
前記改質システム内で発生した熱を回収して改質反応に用いる原料を蒸発させる第1蒸発器と、
前記燃料電池スタックから排出されたガスを燃焼する燃焼器と、
前記燃焼器から排出される高温の燃焼ガスの熱を用いて改質反応に用いる原料を蒸発させる第2蒸発器とを備え、
前記燃料電池システムの定常状態では、前記第1蒸発器から前記改質システムに蒸発原料を供給し、
前記燃料電池システムへの要求発電量が増加する過渡状態では、前記第1蒸発器からの蒸発原料に加え、前記第2蒸発器から前記要求発電量に対して不足する前記蒸発原料を補うように改質システムに蒸発燃料を供給するとともに、前記バッテリは、前記要求発電量に対する前記燃料電池スタックの発電量の不足分を補うように前記駆動モータに電力を供給することを特徴とする燃料電池車両。
A drive motor using a fuel cell stack and a reforming system that supplies hydrogen-rich reformed gas to the fuel cell stack, and a battery that stores electric power generated by the fuel cell. In a fuel cell vehicle driven by
The fuel cell system includes:
A first evaporator for recovering heat generated in the reforming system and evaporating a raw material used for the reforming reaction;
A combustor for burning the gas discharged from the fuel cell stack;
A second evaporator that evaporates the raw material used for the reforming reaction using the heat of the high-temperature combustion gas discharged from the combustor,
In a steady state of the fuel cell system, the evaporation material is supplied from the first evaporator to the reforming system,
In a transient state in which the required power generation amount to the fuel cell system increases, in addition to the evaporation raw material from the first evaporator, the evaporation raw material that is insufficient with respect to the required power generation amount from the second evaporator is compensated. A fuel cell vehicle characterized in that evaporative fuel is supplied to a reforming system, and the battery supplies power to the drive motor so as to compensate for a shortage of power generation amount of the fuel cell stack with respect to the required power generation amount. .
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