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JP2000208162A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system

Info

Publication number
JP2000208162A
JP2000208162A JP11006701A JP670199A JP2000208162A JP 2000208162 A JP2000208162 A JP 2000208162A JP 11006701 A JP11006701 A JP 11006701A JP 670199 A JP670199 A JP 670199A JP 2000208162 A JP2000208162 A JP 2000208162A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
reformed gas
reformer
carbon monoxide
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11006701A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuji Yamashita
勝司 山下
Iwao Maeda
岩夫 前田
Masaaki Yamaoka
正明 山岡
Kiyomi Eimiya
清美 永宮
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.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP11006701A priority Critical patent/JP2000208162A/en
Publication of JP2000208162A publication Critical patent/JP2000208162A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 改質器から燃料電池に供給される改質ガス中
の一酸化炭素濃度を可及的に低下させて触媒の被毒を防
止すると同時に発電効率を向上させる。 【解決手段】 改質器から供給された改質ガスの電気化
学的反応によって起電力を生じさせる燃料電池システム
において、改質器における所定箇所の温度と改質ガス中
の一酸化炭素濃度と燃料電池の電圧関連量とのいずれか
二つが予め定めた条件を満たした場合に前記改質器から
燃料電池への改質ガスの供給を許可する改質ガス供給許
可手段(ステップS2,S3,S4,S6)を備えてい
る。
PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the concentration of carbon monoxide in reformed gas supplied from a reformer to a fuel cell as much as possible to prevent poisoning of a catalyst and to improve power generation efficiency. SOLUTION: In a fuel cell system which generates an electromotive force by an electrochemical reaction of a reformed gas supplied from a reformer, a temperature of a predetermined portion in the reformer, a concentration of carbon monoxide in the reformed gas, and a fuel Reformed gas supply permitting means (steps S2, S3, S4) for permitting the reformer to supply the reformed gas from the reformer to the fuel cell when any two of the battery voltage-related amounts satisfy a predetermined condition. , S6).

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、メチルアルコー
ルなどの炭化水素と水などからなる改質燃料を改質器に
よって水素リッチなガスなどの所望の改質ガスに改質
し、これを燃料電池に供給して起電力を得る燃料電池シ
ステムに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell comprising a reformed fuel composed of a hydrocarbon such as methyl alcohol and water and reformed into a desired reformed gas such as a hydrogen-rich gas by a reformer. And a fuel cell system that obtains an electromotive force by supplying power to the fuel cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池は、高分子電解質膜や溶融炭酸
塩、固体電解質などを介して燃料ガスと酸素との電気化
学的な酸化反応を生じさせ、それに伴う起電力を外部に
取り出すように構成されている。その燃料電池が固定設
置型の場合には、ガスボンベやガスタンクから供給され
る燃料ガスを使用することができるが、車両などに搭載
される移動型の燃料電池の場合には、燃料ガスに替えて
メタノールなどの取り扱いの容易な炭化水素を使用し、
これを改質器によって水素リッチな改質ガスとし、その
改質ガスを燃料電池の燃料ガスとすることがおこなわれ
る。
2. Description of the Related Art In a fuel cell, an electrochemical oxidation reaction between a fuel gas and oxygen is caused through a polymer electrolyte membrane, a molten carbonate, a solid electrolyte, or the like, and an electromotive force accompanying the reaction is taken out. It is configured. If the fuel cell is of a fixed installation type, fuel gas supplied from a gas cylinder or gas tank can be used, but if the fuel cell is of a mobile type mounted on a vehicle or the like, it can be replaced with fuel gas. Use hydrocarbons that are easy to handle, such as methanol,
This is converted into a hydrogen-rich reformed gas by a reformer, and the reformed gas is used as a fuel gas for a fuel cell.

【0003】その一例が特開平8−293312号公報
に記載されている。その構成を簡単に説明すると、改質
触媒を備えた改質器に、メタノールと水との混合蒸気を
供給してメタノールの水蒸気改質反応を生じさせ、その
反応生成物である水素リッチな改質ガスを、高分子膜を
電解質とした燃料電池に供給し、空気中の酸素と水素と
の酸化反応を電解質膜を介して生じさせ、それに伴う起
電力を外部に取り出すように構成されている。その燃料
電池は、燃料電極における反応層に白金触媒を備えてい
る。これに対してメタノールの改質反応に伴って不可避
的に一酸化炭素ガスが生じる。そしてこの一酸化炭素ガ
スによって白金が被毒して劣化するので、一酸化炭素ガ
スを除去するために、改質器と燃料電池との間にCO変
成器を設けている。
[0003] One example is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-29312. The configuration is briefly described. A mixed steam of methanol and water is supplied to a reformer equipped with a reforming catalyst to cause a steam reforming reaction of methanol, and a hydrogen-rich reforming reaction product is produced. The electrolyte gas is supplied to a fuel cell using a polymer membrane as an electrolyte, an oxidation reaction between oxygen and hydrogen in the air is caused to occur through the electrolyte membrane, and an electromotive force associated therewith is taken out. . The fuel cell includes a platinum catalyst in a reaction layer of a fuel electrode. On the other hand, carbon monoxide gas is inevitably generated with the reforming reaction of methanol. Since the platinum is poisoned and deteriorated by the carbon monoxide gas, a CO converter is provided between the reformer and the fuel cell in order to remove the carbon monoxide gas.

【0004】一般的な傾向として、改質触媒による改質
反応が効率よく進行しない場合や炭化水素の改質反応に
付随して生じる二酸化炭素の温度が高い場合に、改質反
応や二酸化炭素の可逆反応により一酸化炭素が生じ易く
なり、このような条件が成立することにより改質ガス中
の一酸化炭素の濃度が高くなる。そこで、上記の公報に
記載された発明では、改質器での温度を検出し、その温
度が許容範囲にない場合に、燃料電池に対する改質ガス
の供給を停止するようにしている。また、これ以外の条
件として、COセンサによって改質ガス中のCO濃度を
検出し、そのCO濃度が許容値を超えている場合には、
改質ガスの燃料電池に対する供給を停止するようにして
いる。
As a general tendency, when the reforming reaction by the reforming catalyst does not proceed efficiently or when the temperature of carbon dioxide accompanying the reforming reaction of hydrocarbons is high, the reforming reaction or carbon dioxide Carbon monoxide is likely to be generated by the reversible reaction, and when such conditions are satisfied, the concentration of carbon monoxide in the reformed gas increases. Therefore, in the invention described in the above publication, the temperature in the reformer is detected, and when the temperature is not within the allowable range, the supply of the reformed gas to the fuel cell is stopped. As another condition, when the CO concentration in the reformed gas is detected by a CO sensor and the CO concentration exceeds an allowable value,
The supply of the reformed gas to the fuel cell is stopped.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】炭化水素の水蒸気改質
反応は、通常、改質触媒を使用しておこなうが、その改
質触媒の温度が活性温度に達していない場合、あるいは
反対に越えていた場合には、改質反応の効率が悪くなっ
て一酸化炭素の発生量が多くなったり、また残留炭化水
素の量が多くなるなど、改質ガスの品質が低下する。特
に、車両に搭載されている燃料電池システムにおける改
質器では、燃料電池に要求される出力に応じて改質器を
運転・停止するので、その起動時に温度が活性温度に対
して低く、改質ガスの品質が低下する可能性が高い。
The steam reforming reaction of hydrocarbons is usually carried out using a reforming catalyst, but when the temperature of the reforming catalyst has not reached the activation temperature or, conversely, it has exceeded. In such a case, the quality of the reformed gas deteriorates, for example, the efficiency of the reforming reaction deteriorates, the amount of generated carbon monoxide increases, and the amount of residual hydrocarbons increases. Particularly, in a reformer in a fuel cell system mounted on a vehicle, the reformer is operated / stopped according to the output required of the fuel cell. It is likely that the quality of the quality gas will be reduced.

【0006】上述した公報に記載されている装置では、
そのような改質触媒の活性が低い状態を温度によって検
出し、改質ガス中の一酸化炭素濃度を推定しているが、
改質器の全ての部分の温度を検出することはできないう
えに、改質器の温度と一酸化炭素濃度とが必ずしも正確
に対応していないので、一酸化炭素濃度の高い改質ガス
が燃料電池に供給されてその白金触媒の被毒が生じる可
能性が高い。また、上記の公報に記載された装置では、
COセンサによって改質ガス中の一酸化炭素濃度を検出
することとしているが、従来のCOセンサによる一酸化
炭素濃度の検出精度が必ずしも高くなく、そのため、一
酸化炭素濃度の高い改質ガスが燃料電池に供給される可
能性が多分にあった。しかも、COセンサを使用すると
すれば、システムの構成部品が多くなるから、設備コス
トが高くなる不都合がある。
In the apparatus described in the above-mentioned publication,
Such a state in which the activity of the reforming catalyst is low is detected by the temperature, and the concentration of carbon monoxide in the reformed gas is estimated.
The temperature of all parts of the reformer cannot be detected, and the reformer temperature and the carbon monoxide concentration do not always correspond exactly. There is a high possibility that poisoning of the platinum catalyst will occur when supplied to the battery. In the device described in the above publication,
Although the CO sensor detects the concentration of carbon monoxide in the reformed gas, the accuracy of detecting the concentration of carbon monoxide by the conventional CO sensor is not always high. Probably there was a possibility to be supplied to the battery. In addition, if a CO sensor is used, the number of components of the system increases, so that there is a disadvantage that the equipment cost is increased.

【0007】この発明は、上記の事情を背景としてなさ
れたものであり、改質器から燃料電池に対する一酸化炭
素の流入を効果的に抑制することのできる燃料電池シス
テムを提供することを目的とするものである。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a fuel cell system capable of effectively suppressing the flow of carbon monoxide from a reformer into a fuel cell. Is what you do.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段およびその作用】上記の目
的を達成するために、請求項1の発明は、改質器から供
給された改質ガスの電気化学的反応によって起電力を生
じさせる燃料電池システムにおいて、改質器における所
定箇所の温度と改質ガス中の一酸化炭素濃度と燃料電池
の電圧関連量とのいずれか二つが予め定めた条件を満た
した場合に前記改質器から燃料電池への改質ガスの供給
を許可する改質ガス供給許可手段を備えていることを特
徴とするものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides a fuel which generates an electromotive force by an electrochemical reaction of a reformed gas supplied from a reformer. In the battery system, when any two of the temperature at a predetermined location in the reformer, the concentration of carbon monoxide in the reformed gas, and the voltage-related amount of the fuel cell satisfy predetermined conditions, the fuel from the reformer is discharged from the reformer. The fuel cell system further comprises a reformed gas supply permission unit for permitting the supply of the reformed gas to the battery.

【0009】したがって請求項1の発明によれば、改質
反応時の一酸化炭素の発生要因となる改質器における所
定箇所の温度、改質ガス中の一酸化炭素ガスの濃度その
もの、改質ガス中の一酸化炭素濃度に応じた燃料電池で
の電圧に関連する量の三者のうちの少なくともいずれか
二つが所定の条件を満たしている場合に、改質器から燃
料電池に対する改質ガスの供給が許可される。すなわち
請求項1の発明では、改質ガス中の一酸化炭素濃度が低
いことが、上記の少なくとも二つの条件に基づいて判断
されるから、一酸化炭素濃度が高い状態で改質ガスが燃
料電池に供給されることが確実に防止される。
Therefore, according to the first aspect of the present invention, the temperature of a predetermined portion in the reformer, the concentration of the carbon monoxide gas in the reformed gas itself, and the reforming gas, which cause the generation of carbon monoxide during the reforming reaction, When at least any two of the three quantities related to the voltage in the fuel cell according to the concentration of carbon monoxide in the gas satisfy predetermined conditions, the reformed gas from the reformer to the fuel cell Supply is allowed. That is, according to the first aspect of the present invention, the low carbon monoxide concentration in the reformed gas is determined based on at least the above two conditions. Is reliably prevented.

【0010】また、請求項2の発明は、改質器から供給
された改質ガスの電気化学的反応によって起電力を生じ
させる燃料電池システムにおいて、改質器における所定
箇所の温度と改質ガス中の一酸化炭素濃度とのいずれか
一方が予め定めた条件を満したことを判断する第1条件
成立判断手段と、改質器における所定箇所の温度と改質
ガス中の一酸化炭素濃度とのいずれか一方が予め定めた
条件を満したことが前記第1条件成立判断手段によって
判断された場合に、前記燃料電池の電圧関連量が予め定
めた条件を満たすことを判断する第2条件成立判断手段
と、前記燃料電池の電圧関連量が予め定めた条件を満た
すことが前記第2条件成立判断手段によって判断された
場合に、前記改質器から燃料電池への改質ガスの供給を
許可する改質ガス供給許可手段を備えていることを特徴
とするものである。
Further, according to the present invention, in a fuel cell system which generates an electromotive force by an electrochemical reaction of a reformed gas supplied from a reformer, the temperature of a predetermined portion in the reformer and the reformed gas First condition satisfaction determining means for determining that one of the carbon monoxide concentration in the reforming gas satisfies a predetermined condition, and the temperature of a predetermined portion in the reformer and the carbon monoxide concentration in the reformed gas. When the first condition satisfaction determination means determines that one of the conditions satisfies a predetermined condition, the second condition is satisfied for determining that the voltage-related amount of the fuel cell satisfies a predetermined condition. Determining means for permitting supply of reformed gas from the reformer to the fuel cell when the second condition satisfaction determining means determines that the voltage-related amount of the fuel cell satisfies a predetermined condition; Reforming gas And it is characterized in that it comprises a supply authorization means.

【0011】したがって請求項2の発明によれば、一酸
化炭素濃度の判断の第1の条件として改質器における所
定箇所での温度と改質ガス中の一酸化炭素濃度とのいず
れかが所定の条件を満たしているか否かが判断され、そ
の第1の条件が成立している場合に第2の条件として燃
料電池での電圧関連量が所定の条件を満たしているか否
かが判断される。この第2の条件である電圧関連量は、
改質ガス中の一酸化炭素の多寡に顕著に反応するので、
燃料電池に対して改質ガスを供給することの可否が正確
に判定される。また、それに先立って改質器の所定箇所
の温度もしくは改質ガス中のセンサによる一酸化炭素濃
度の検出がおこなわれるから、改質ガス中の一酸化炭素
ガス濃度がある程度低いことが確認された後に、電圧関
連量の検出のための改質ガスの燃料電池に対する供給が
おこなわれるので、一酸化炭素濃度の高い改質ガスが燃
料電池に供給されることが未然に防止される。
Therefore, according to the second aspect of the present invention, as the first condition for determining the carbon monoxide concentration, either one of the temperature at a predetermined location in the reformer and the carbon monoxide concentration in the reformed gas is determined. Is determined, and if the first condition is satisfied, it is determined as a second condition whether the voltage-related amount in the fuel cell satisfies a predetermined condition. . The voltage-related quantity as the second condition is
Reacts significantly with the amount of carbon monoxide in the reformed gas,
It is accurately determined whether to supply the reformed gas to the fuel cell. Further, prior to that, since the temperature of a predetermined portion of the reformer or the concentration of carbon monoxide was detected by a sensor in the reformed gas, it was confirmed that the concentration of carbon monoxide gas in the reformed gas was somewhat low. Later, since the reformed gas for detecting the voltage-related amount is supplied to the fuel cell, it is possible to prevent the reformed gas having a high carbon monoxide concentration from being supplied to the fuel cell.

【0012】そして、請求項3の発明は、請求項1もし
くは請求項2の構成において、前記改質器が、改質燃料
の改質反応を生じさせる改質部と、改質ガス中の一酸化
炭素ガスを酸化させる酸化触媒を含む一酸化炭素酸化部
とを備え、その改質部の温度および一酸化炭素酸化部の
温度ならびに前記酸化触媒の最も湿潤しやすい箇所の温
度のいずれもがそれぞれに応じて予め定めた判断基準温
度に達していることにより前記改質器の所定箇所の温度
が予め定めた条件を満たしていることを判断する温度判
断手段を備えていることを特徴とするものである。
According to a third aspect of the present invention, in the configuration of the first or second aspect, the reformer includes a reforming section for causing a reforming reaction of the reformed fuel, A carbon monoxide oxidizing section including an oxidation catalyst for oxidizing the carbon oxide gas, wherein the temperature of the reforming section, the temperature of the carbon monoxide oxidizing section, and the temperature of the most easily wetted portion of the oxidation catalyst are respectively Temperature determining means for determining that the temperature at a predetermined location of the reformer satisfies a predetermined condition by reaching a predetermined reference temperature according to It is.

【0013】したがって請求項3の発明では、一酸化炭
素の発生要因となる改質部の温度、一酸化炭素酸化部の
温度、一酸化炭素酸化触媒における最も湿潤しやすい箇
所の温度のいずれもが所定の条件を満たしていることを
判断するので、改質器における一酸化炭素の発生状況や
その除去のための酸化の進行状況を正確に把握すること
ができる。
Therefore, according to the third aspect of the present invention, all of the temperature of the reforming section, the temperature of the carbon monoxide oxidizing section, and the temperature of the most humid portion of the carbon monoxide oxidizing catalyst, which are factors causing generation of carbon monoxide, are reduced. Since it is determined that the predetermined condition is satisfied, it is possible to accurately grasp the state of generation of carbon monoxide in the reformer and the progress of oxidation for removing carbon monoxide.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】つぎにこの発明を図に示す具体例
に基づいて説明する。先ず、改質器としてメタノールお
よび水を改質燃料とした改質器を使用し、かつその改質
器から生じた改質ガスを他の形態のエネルギーに変換す
るエネルギー変換器として燃料電池を使用したシステム
について説明する。図4はその一例を模式的に示してお
り、燃料電池(FC)1の燃料極(水素極)側に、改質
器(MR)2が接続されている。この改質器2は、改質
燃料であるメタノールと水との混合物を水素と二酸化炭
素とに改質するものであって、改質燃料を加熱する加熱
部3と、改質部4と、CO酸化部5とを備えている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the present invention will be described based on a specific example shown in the drawings. First, a reformer using methanol and water as a reforming fuel is used as a reformer, and a fuel cell is used as an energy converter for converting reformed gas generated from the reformer into another form of energy. The system that has been described will be described. FIG. 4 schematically shows an example of such a case. A reformer (MR) 2 is connected to a fuel electrode (hydrogen electrode) side of a fuel cell (FC) 1. The reformer 2 reforms a mixture of methanol and water, which are reforming fuels, into hydrogen and carbon dioxide, and includes a heating unit 3 for heating the reforming fuel, a reforming unit 4, A CO oxidation unit 5.

【0015】加熱部3は、改質燃料を加熱してメタノー
ルと水との混合蒸気を生じさせるためのものであり、加
熱のための熱を発生させる燃焼部6とその熱によって改
質燃料を蒸発させる蒸発部7とによって構成されてい
る。その燃焼部6としては、燃焼原料をバーナによって
燃焼させる構造のものや燃焼原料を触媒によって酸化さ
せる構成のものなどを採用することができる。したがっ
てこの燃焼部6には、加熱燃料の一例であるメタノール
を供給するポンプ8がインジェクタ9を介して接続さ
れ、また支燃ガスの一例である空気を供給するエアー供
給部10が設けられている。このエアー供給部10は具
体的には、エアーポンプによって構成されている。ま
た、蒸発部7には、メタノールと水との混合液を供給す
る改質燃料供給部としてポンプ11が接続されている。
そしてこの蒸発部7と前記燃焼部6とは、熱交換器12
によって熱伝達可能に連結されている。
The heating unit 3 is for heating the reformed fuel to generate a mixed vapor of methanol and water. The heating unit 3 generates a heat for heating, and the reformed fuel is heated by the heat. And an evaporating section 7 for evaporating. The combustion unit 6 may have a structure in which the combustion raw material is burned by a burner, a structure in which the combustion raw material is oxidized by a catalyst, or the like. Therefore, a pump 8 for supplying methanol, which is an example of a heating fuel, is connected to the combustion unit 6 via an injector 9, and an air supply unit 10 for supplying air, which is an example of a supporting gas, is provided. . The air supply unit 10 is specifically constituted by an air pump. Further, a pump 11 is connected to the evaporating section 7 as a reforming fuel supply section for supplying a mixed liquid of methanol and water.
The evaporating section 7 and the combustion section 6 are connected to a heat exchanger 12
Are connected so that heat can be transferred.

【0016】前記改質部4は、主としてメタノールと水
との改質反応によって水素リッチなガスを発生させるよ
うに構成されている。具体的には、活性温度が280℃
程度の銅系の触媒を用いて、 CHOH+HO→CO+3H …(1) の改質反応によって水素ガスを主体とする改質ガスを生
成するようになっている。またこの改質部4は、メタノ
ールの部分酸化反応によって水素ガスおよび熱を生じさ
せるようになっており、そのためにエアー供給部13か
ら空気が供給されている。すなわち上記の(1)式で示
される改質反応が吸熱反応であり、これに対してメタノ
ールの部分酸化反応である下記の(2)式の反応が発熱
反応であるから、これらの吸熱量と発熱量とをバランス
させることにより、改質部4の温度をほぼ一定に維持さ
せるようになっている。 CHOH+1/2O→2H +CO …(2)
The reforming section 4 is configured to generate a hydrogen-rich gas mainly by a reforming reaction between methanol and water. Specifically, the activation temperature is 280 ° C.
Using a copper-based catalyst of a certain degree, a reforming reaction mainly composed of hydrogen gas is generated by a reforming reaction of CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 3H 2 (1). The reforming section 4 generates hydrogen gas and heat by a partial oxidation reaction of methanol. For this purpose, air is supplied from an air supply section 13. That is, the reforming reaction represented by the above formula (1) is an endothermic reaction, whereas the reaction of the following formula (2), which is a partial oxidation reaction of methanol, is an exothermic reaction. By balancing the calorific value, the temperature of the reforming section 4 is maintained substantially constant. CH 3 OH + OO 2 → 2H 2 + CO 2 (2)

【0017】上記の(1)式で示す改質反応および
(2)式で示す部分酸化反応は理想状態の反応であり、
また二酸化炭素は可逆的に一酸化炭素に変化するので、
実際には、不可避的に一酸化炭素ガスが改質ガスに混入
する。この一酸化炭素は、燃料電池1における水素極の
触媒を被毒する原因となるので、これを除去するために
CO酸化部5が設けられている。このCO酸化部5は、
CO酸化触媒を備えるとともに、エアー供給部14を備
えており、改質部4で生成させた改質ガスを通過させる
ことにより、改質ガスに含まれる一酸化炭素を空気中の
酸素によって酸化させるように構成されている。
The reforming reaction represented by the above equation (1) and the partial oxidation reaction represented by the above equation (2) are reactions in an ideal state.
Also, since carbon dioxide changes reversibly to carbon monoxide,
In practice, carbon monoxide gas is inevitably mixed into the reformed gas. Since this carbon monoxide causes poisoning of the catalyst of the hydrogen electrode in the fuel cell 1, a CO oxidizing unit 5 is provided to remove this. This CO oxidation part 5
A CO oxidation catalyst is provided, and an air supply unit 14 is provided. By passing the reformed gas generated in the reforming unit 4, carbon monoxide contained in the reformed gas is oxidized by oxygen in the air. It is configured as follows.

【0018】一方、燃料電池1は、一例として、プロト
ン透過性のある高分子膜を電解質とし、その電解質膜を
挟んで水素極(燃料極)15と酸素極(空気極)16と
を設け、このような構成の単電池を多数直並列に接続し
て構成されている。各電極15,16は、拡散層と反応
層とによって構成され、水素極15における反応層は、
例えば炭素に白金やその合金あるいはルテニウムなどの
触媒を担持させた多孔質構造とされている。そしてこの
水素極15に前記改質器2が連通され、ここに水素ガス
を主体とする改質ガスが供給されるようになっている。
また酸素極16には、ポンプなどのエアー供給部17が
接続され、改質ガス中の水素と反応させるための酸素を
供給するようになっている。
On the other hand, in the fuel cell 1, as an example, a proton permeable polymer membrane is used as an electrolyte, and a hydrogen electrode (fuel electrode) 15 and an oxygen electrode (air electrode) 16 are provided with the electrolyte membrane interposed therebetween. A large number of cells having such a configuration are connected in series and parallel. Each of the electrodes 15 and 16 is composed of a diffusion layer and a reaction layer.
For example, it has a porous structure in which a catalyst such as platinum, an alloy thereof, or ruthenium is supported on carbon. The reformer 2 is connected to the hydrogen electrode 15, and a reformed gas mainly composed of hydrogen gas is supplied thereto.
An air supply unit 17 such as a pump is connected to the oxygen electrode 16 to supply oxygen for reacting with hydrogen in the reformed gas.

【0019】なお、各電極15,16には、外部負荷と
してバッテリ18やインバータ19が閉回路を構成する
ように接続されている。またこの閉回路には、電流セン
サ20が介装されている。さらにインバータ19には、
モータ21が接続されている。このモータ21は、例え
ば車両の走行のための動力源とされる。
Note that a battery 18 and an inverter 19 are connected to the electrodes 15 and 16 as external loads so as to form a closed circuit. Further, a current sensor 20 is interposed in this closed circuit. Further, the inverter 19 includes:
The motor 21 is connected. The motor 21 is, for example, a power source for running the vehicle.

【0020】上記の改質器2と燃料電池1、すなわちC
O酸化部5の流出口と水素極15の流入口を接続する管
路の途中に切換弁22が介装されている。この切換弁2
2は、電気的に制御されてCO酸化部5を水素極15と
所定の排気部(図示せず)とに選択的に連通させるよう
に構成されている。また、この切換弁22と水素極15
との間に、前記エアー供給部17のエアーポンプが接続
され、改質ガスが燃料電池1に供給されていない所定の
時点に水素極15にエアーを供給するように構成されて
いる。
The reformer 2 and the fuel cell 1, ie, C
A switching valve 22 is provided in the middle of a pipe connecting the outlet of the O-oxidizing section 5 and the inlet of the hydrogen electrode 15. This switching valve 2
2 is configured to be electrically controlled to selectively communicate the CO oxidizing unit 5 with the hydrogen electrode 15 and a predetermined exhaust unit (not shown). The switching valve 22 and the hydrogen electrode 15
The air pump of the air supply unit 17 is connected between the fuel cell 1 and the air pump to supply air to the hydrogen electrode 15 at a predetermined time when the reformed gas is not supplied to the fuel cell 1.

【0021】図5は上記の切換弁22の制御系統を示す
図であり、改質部4の温度Tr を検出する温度センサ2
3が設けられている。なお、好ましくは、この温度セン
サ23は、改質部4の出口温度を検出して信号を出力す
るように構成されている。また、CO酸化部5には、そ
の酸化触媒の代表温度Tcoを検出する温度センサ24
と、その酸化触媒の最も湿潤しやすい箇所すなわち改質
ガス中の水蒸気や残留メタノールなどが凝縮して濡れや
すい箇所の温度Tcwを検出する温度センサ25とが設け
られている。なお、これらの温度センサ24,25は、
検出した温度を電気信号として出力するように構成され
ている。
FIG. 5 is a diagram showing a control system of the switching valve 22. The temperature sensor 2 for detecting the temperature Tr of the reforming section 4 is shown in FIG.
3 are provided. Preferably, the temperature sensor 23 detects the outlet temperature of the reforming section 4 and outputs a signal. The CO oxidizing unit 5 has a temperature sensor 24 for detecting a representative temperature Tco of the oxidation catalyst.
And a temperature sensor 25 for detecting a temperature Tcw of a portion where the oxidation catalyst is most likely to be wet, that is, a portion where water vapor and residual methanol in the reformed gas are easily condensed and wet. In addition, these temperature sensors 24 and 25
It is configured to output the detected temperature as an electric signal.

【0022】また、改質部4と切換弁22とを接続する
管路の途中に、その内部を流通する改質ガス中の一酸化
炭素濃度を検出するCO濃度センサ26が設けられ、改
質ガス中の一酸化炭素濃度に応じてこのCO濃度センサ
26が電気信号を出力するようになっている。さらに、
前記エアー供給部17から水素極15に対してエアーを
供給する管路に、開度を電気的に制御することのできる
流量調整弁27が設けられている。
A CO concentration sensor 26 for detecting the concentration of carbon monoxide in the reformed gas flowing inside the pipe connecting the reforming section 4 and the switching valve 22 is provided. The CO concentration sensor 26 outputs an electric signal according to the concentration of carbon monoxide in the gas. further,
A flow control valve 27 that can electrically control the opening degree is provided in a pipe that supplies air from the air supply unit 17 to the hydrogen electrode 15.

【0023】そして、これらの各センサ23,24,2
5,26が電子制御装置(ECU)28に接続され、そ
れぞれの検出信号をその電子制御装置28に入力するよ
うに構成されている。なお、この電子制御装置28は、
マイクロコンピュータを主体に構成されたものであっ
て、予め記憶しているプログラムおよび入力されたデー
タならびに予め記憶しているデータに基づいて演算をお
こない、前記切換弁22および流量調整弁27に対して
制御信号を出力し、切換弁22を適宜に切換動作させ、
また流量調整弁27の開度を制御するようになってい
る。
The sensors 23, 24, 2
5 and 26 are connected to an electronic control unit (ECU) 28, and are configured to input respective detection signals to the electronic control unit 28. This electronic control unit 28
The microcomputer is mainly configured by a microcomputer, and performs an operation based on a program stored in advance, input data, and data stored in advance, and controls the switching valve 22 and the flow regulating valve 27. A control signal is output, the switching valve 22 is appropriately switched, and
Further, the opening of the flow control valve 27 is controlled.

【0024】つぎに上述した装置の作用すなわち電子制
御装置28による制御例を説明する。図1はその制御例
を説明するためのフローチャートであって、先ず最初
に、改質器2の起動制御が実行される(ステップS
1)。これは、改質部4の昇温などを含む通常の動作状
態を短時間で成立させるための制御を含むものである。
つぎに第1の条件の成立の判断がおこなわれる(ステッ
プS2)。その一例を図2にサブルーチンとして示して
ある。
Next, the operation of the above-described apparatus, that is, an example of control by the electronic control unit 28 will be described. FIG. 1 is a flowchart for explaining an example of the control. First, the start-up control of the reformer 2 is executed (Step S).
1). This includes control for establishing a normal operation state including a temperature rise of the reforming section 4 in a short time.
Next, it is determined whether the first condition is satisfied (step S2). One example is shown as a subroutine in FIG.

【0025】すなわちCO酸化部5の代表温度Tcoが酸
化触媒の活性温度範囲(Tco1 (一例として90℃)以
上、かつTco2 (一例として130℃)以下)であるか
否かが判断される(ステップS21)。この温度範囲
は、使用する一酸化炭素酸化触媒によって決まる温度で
ある。CO酸化部5の代表温度Tcoが活性温度範囲に入
っていれば、酸化触媒の活性が良好であることになり、
したがって改質ガス中の一酸化炭素が可及的大量に酸化
されて除去されていることになる。
That is, it is determined whether or not the representative temperature Tco of the CO oxidizing section 5 is within the activation temperature range of the oxidation catalyst (Tco1 (for example, 90 ° C.) and Tco2 (for example, 130 ° C.)) (step). S21). This temperature range is a temperature determined by the carbon monoxide oxidation catalyst used. If the representative temperature Tco of the CO oxidizing unit 5 falls within the activation temperature range, the activity of the oxidation catalyst is good,
Therefore, carbon monoxide in the reformed gas is oxidized and removed as much as possible.

【0026】このステップS21で否定判断されればリ
ターンし、また肯定判断された場合には、改質部4の温
度(出口温度)Tr が、一酸化炭素が多量に発生する下
限温度(例えば280℃)Tr0であるか否かが判断され
る(ステップS22)。改質ガス中の一酸化炭素は、メ
タノールの水蒸気改質反応に伴って生じた二酸化炭素の
高温状態での可逆反応によって発生するので、ステップ
S22で肯定判断されれば、その可逆反応が抑制されて
一酸化炭素の発生が少ないことになる。
If a negative determination is made in step S21, the process returns. If an affirmative determination is made, the temperature (outlet temperature) Tr of the reforming unit 4 is reduced to the lower limit temperature (for example, 280) at which a large amount of carbon monoxide is generated. C) It is determined whether or not it is Tr0 (step S22). Since the carbon monoxide in the reformed gas is generated by the reversible reaction of carbon dioxide generated by the steam reforming reaction of methanol at a high temperature, the reversible reaction is suppressed if the determination is affirmative in step S22. Therefore, the generation of carbon monoxide is small.

【0027】このステップS22で否定判断されればリ
ターンし、また肯定判断されれば、CO酸化部5におけ
る酸化触媒での最も湿潤しやすい箇所の温度Tcwが予め
定めた温度Tcw0 以上か否かが判断される(ステップS
23)。この判断基準温度Tcw0 は、改質燃料であるメ
タノールと水との混合液の凝縮温度程度の温度である。
すなわち、CO酸化触媒は、一酸化炭素の接触によって
その酸化を促進させるように機能するので、改質原料液
が付着してその表面積が減じられると、一酸化炭素の酸
化が阻害される。したがってステップS23で肯定判断
される程度に温度が高ければ、CO酸化触媒の表面積が
確保されていて一酸化炭素の酸化が進行していることに
なる。
If a negative determination is made in step S22, the process returns. If an affirmative determination is made, it is determined whether or not the temperature Tcw of the portion of the CO oxidation unit 5 where the oxidation catalyst is most likely to be wet is equal to or higher than a predetermined temperature Tcw0. Is determined (step S
23). This determination reference temperature Tcw0 is a temperature about the condensation temperature of a mixed liquid of methanol and water as reforming fuel.
That is, since the CO oxidation catalyst functions to promote its oxidation by contact with carbon monoxide, the oxidation of carbon monoxide is hindered when the surface area of the reforming raw material is reduced by adhering. Therefore, if the temperature is high enough to be affirmed in step S23, it means that the surface area of the CO oxidation catalyst has been secured and the oxidation of carbon monoxide has progressed.

【0028】このステップS23で否定判断された場合
にはリターンし、また反対に肯定判断された場合には温
度条件の成立を示すフラグFlg1 を“1”にセットする
(ステップS24)。すなわち、CO酸化部5の温度が
活性温度範囲に入っていること、改質部4の代表温度が
一酸化炭素を多量に発生させる温度範囲を外れている
(低温である)こと、CO酸化触媒の活性が改質燃料の
凝縮によって阻害されていないことの3つの条件の論理
積が成立している場合、フラグFlg1 が“1”に設定さ
れて、第1条件の成立が判断される。言い換えれば、ス
テップS2ではこのフラグFlg1 の値を判断する。
If a negative determination is made in step S23, the process returns. If an affirmative determination is made, a flag Flg1 indicating the establishment of the temperature condition is set to "1" (step S24). That is, the temperature of the CO oxidizing unit 5 is within the activation temperature range, the representative temperature of the reforming unit 4 is out of the temperature range in which a large amount of carbon monoxide is generated (low temperature), Is satisfied, the flag Flg1 is set to "1", and it is determined that the first condition is satisfied. In other words, in step S2, the value of the flag Flg1 is determined.

【0029】つぎに、第2の条件の成立を判断する(ス
テップS3)。これは、前述したCO濃度センサ26で
検出された改質ガス中の一酸化炭素濃度Nco(ppm )
が、予め定めた基準値Rcoより低濃度(Nco<Rco)か
否かを判断することによりおこなわれる。ここで、その
基準値Rcoは、一例として20ppm であり、これは、燃
料電池1の通常の運転時において一酸化炭素の許容濃度
の上限値に相当する値である。なお、このCO濃度セン
サ26は、改質ガス中の一酸化炭素濃度を直接検出する
が、その検出値にバラツキがあり、必ずしも正確な値を
得られない場合がある。
Next, it is determined whether the second condition is satisfied (step S3). This is because the carbon monoxide concentration Nco (ppm) in the reformed gas detected by the CO concentration sensor 26 described above.
Is determined by determining whether or not the density is lower than a predetermined reference value Rco (Nco <Rco). Here, the reference value Rco is, for example, 20 ppm, which is a value corresponding to the upper limit of the allowable concentration of carbon monoxide during normal operation of the fuel cell 1. The CO concentration sensor 26 directly detects the concentration of carbon monoxide in the reformed gas. However, the detected value varies, and an accurate value may not always be obtained.

【0030】ステップS2では一酸化炭素の発生に関連
する温度条件の成立を判断するものの改質ガス中の一酸
化炭素濃度を直接知ることができず、またステップS3
では改質ガス中の一酸化炭素濃度を検出するもののその
検出値にバラツキがあり、結局、いずれか一方では改質
ガス中の一酸化炭素の濃度を正確に知ることができな
い。そこで、これらのステップに続けて燃料電池1の電
圧に関連する値を検出してその値に基づく第3条件の成
立を判断する(ステップS4)。具体的には、極短時間
(一例として2〜3秒間)、前記切換弁22を切換動作
させて改質器2と燃料電池1とを接続して改質ガスを燃
料電池1に供給し、その際の開回路電圧(OCV)を検
出してその絶対電圧Vfc(ボルト)の最小値が、予め定
めた要求電圧Rfc(ボルト)より高圧か否かが判断され
る。すなわち min(Vfc)>Rfc か否かが判断される。図3は、燃料電池1の電流−電圧
特性(I−V特性)を示しており、改質ガス中の一酸化
炭素濃度が高いほど、電圧が低下するが、特に一酸化炭
素による触媒の被毒が生じると、活性化分極の影響がO
CV状態で顕著に現れる。したがってOCV状態での絶
対電圧に基づいて一酸化炭素の濃度が許容される濃度で
あるか否かを判断することができ、ステップS4ではこ
れを利用している。
In step S2, although it is determined that the temperature condition related to the generation of carbon monoxide is satisfied, the concentration of carbon monoxide in the reformed gas cannot be directly known.
However, although the concentration of carbon monoxide in the reformed gas is detected, there is a variation in the detected value, and as a result, the concentration of carbon monoxide in the reformed gas cannot be accurately determined. Therefore, following these steps, a value related to the voltage of the fuel cell 1 is detected, and it is determined whether the third condition is satisfied based on the value (step S4). Specifically, for a very short time (for example, 2 to 3 seconds), the switching valve 22 is switched to connect the reformer 2 and the fuel cell 1 to supply the reformed gas to the fuel cell 1; The open circuit voltage (OCV) at that time is detected, and it is determined whether or not the minimum value of the absolute voltage Vfc (volt) is higher than a predetermined required voltage Rfc (volt). That is, it is determined whether or not min (Vfc)> Rfc. FIG. 3 shows the current-voltage characteristic (IV characteristic) of the fuel cell 1. The higher the concentration of carbon monoxide in the reformed gas, the lower the voltage. When poisoning occurs, the effect of activation polarization is O
Appears remarkably in CV state. Therefore, it is possible to determine whether or not the concentration of carbon monoxide is an allowable concentration based on the absolute voltage in the OCV state, and this is used in step S4.

【0031】なお、ステップS4の制御をおこなうこと
により、燃料電池1に一酸化炭素が流入して水素極15
の触媒が被毒することがあり、その被毒した触媒を回復
させるための後処理をおこなう(ステップS5)。具体
的には、切換弁22と燃料電池1との間の管路に接続さ
れている流量調整弁27を開いて水素極15にエアー
を、極短時間供給する。
By performing the control in step S4, carbon monoxide flows into the fuel cell 1 and the hydrogen electrode 15
May be poisoned, and post-processing is performed to recover the poisoned catalyst (step S5). Specifically, air is supplied to the hydrogen electrode 15 for a very short time by opening the flow control valve 27 connected to the pipeline between the switching valve 22 and the fuel cell 1.

【0032】そして、上記のステップS2,S3,S4
で判断された各条件が成立していた場合、切換弁22に
よって改質器2と燃料電池1とを連通させ、改質器2で
生じた改質ガスを燃料電池1に供給する(ステップS
6)。このようにして燃料電池1に供給される改質ガス
は、一酸化炭素濃度の低い高品質のものであり、水素極
15での白金触媒の被毒が生じることが抑制もしくは防
止され、燃料電池1での水素から電力への変換効率が向
上し、効率の良い発電をおこなうことができる。ひいて
は、上記の燃料電池システムを搭載している車両の燃費
を向上させることができる。
Then, the above steps S2, S3, S4
If the conditions determined in step (1) are satisfied, the switching valve 22 connects the reformer 2 to the fuel cell 1, and the reformed gas generated in the reformer 2 is supplied to the fuel cell 1 (step S).
6). The reformed gas supplied to the fuel cell 1 in this manner is a high-quality reformed gas having a low carbon monoxide concentration, and the poisoning of the platinum catalyst at the hydrogen electrode 15 is suppressed or prevented. 1 improves the conversion efficiency from hydrogen to electric power, and enables efficient power generation. As a result, the fuel efficiency of a vehicle equipped with the above-described fuel cell system can be improved.

【0033】また、上記のシステムでは、改質器2で発
生する改質ガス中の一酸化炭素濃度が低いことが確認さ
れた後に改質器2から燃料電池1に改質ガスが供給され
るので、燃料電池1での触媒の被毒を防止し、燃料電池
1の耐久性あるいは信頼性を向上させることができる。
さらに、上記のシステムでは、改質ガスの燃料電池1へ
の供給許可の条件として開回路電圧を他の条件と併用し
ているので、改質ガス中の一酸化炭素濃度が必要十分に
低下したことを迅速かつ確実に検出でき、その結果、他
の判断条件を特に厳しくする必要がないために、起動
後、短時間で燃料電池1で電力を発生させることができ
る。すなわち始動応答性が良好になる。そして、最も確
実な判断をおこなう開回路電圧での判断には、特別なセ
ンサなどの機器が不要であるから、設備コストを高騰さ
せることなく、また装置の大型化や大重量化を招来する
ことなく一酸化炭素による悪影響を回避もしくは抑制し
たシステムを得ることができる。
In the above system, the reformed gas is supplied from the reformer 2 to the fuel cell 1 after it is confirmed that the concentration of carbon monoxide in the reformed gas generated in the reformer 2 is low. Therefore, poisoning of the catalyst in the fuel cell 1 can be prevented, and the durability or reliability of the fuel cell 1 can be improved.
Further, in the above-described system, the open circuit voltage is used in combination with other conditions as a condition for permitting the supply of the reformed gas to the fuel cell 1, so that the concentration of carbon monoxide in the reformed gas is reduced sufficiently and sufficiently. Can be detected quickly and reliably, and as a result, it is not necessary to make other determination conditions particularly strict, so that power can be generated in the fuel cell 1 in a short time after startup. That is, the starting response is improved. In addition, since a device such as a special sensor is not required for the determination based on the open circuit voltage, which makes the most reliable determination, the equipment cost is not increased, and the device becomes larger and heavier. A system that avoids or suppresses the adverse effects of carbon monoxide can be obtained.

【0034】なお、上記の具体例では、第1ないし第3
の条件の全てが成立した場合に、改質器2から燃料電池
1に対する改質燃料の供給を開始するように構成した
が、この発明は、上記の具体例に限定されないのであっ
て、上記の第1ないし第3の条件のいずれか二つが成立
した場合に、改質器2から燃料電池1に改質ガスを供給
するようにしてもよい。
In the above specific example, the first to the third
When all of the above conditions are satisfied, the supply of the reformed fuel from the reformer 2 to the fuel cell 1 is started. However, the present invention is not limited to the above-described specific example. When any one of the first to third conditions is satisfied, the reformer 2 may supply the reformed gas to the fuel cell 1.

【0035】また、上記の第3の条件すなわちOCV状
態での電圧による判断をおこなう前提として、温度に基
づく上記第1の条件、もしくはCO濃度センサで検出し
た濃度による第2の条件のいずれかが成立したことを判
断するようにしてもよい。すなわち判断精度が相対的に
低い第1の条件の判断と第2の条件の判断との少なくと
もいずれかをおこなった後に、判断精度の高い第3の条
件の成立を判断して改質器2から燃料電池1に改質ガス
を供給するようにしてもよい。このような制御であって
も、開回路電圧に基づいて一酸化炭素による被毒の状態
を判断するので、改質ガス中の一酸化炭素の濃度の判断
を正確におこなうことができ、同時に、その第3の条件
の成立の判断をおこなう前に、温度条件やCO濃度セン
サによる検出値で一酸化炭素濃度の低下したことの判断
をおこなうので、燃料電池の触媒が過度に被毒すること
が未然に防止される。
As a precondition for making the above-mentioned third condition, that is, judgment based on the voltage in the OCV state, either the above-mentioned first condition based on the temperature or the second condition based on the concentration detected by the CO concentration sensor is used. You may judge that it was materialized. That is, after at least one of the first condition determination and the second condition determination with relatively low determination accuracy is performed, it is determined whether the third condition with high determination accuracy is satisfied, and The reformed gas may be supplied to the fuel cell 1. Even with such control, since the state of poisoning by carbon monoxide is determined based on the open circuit voltage, it is possible to accurately determine the concentration of carbon monoxide in the reformed gas, and at the same time, Before determining whether the third condition is satisfied, it is determined that the carbon monoxide concentration has decreased based on the temperature condition and the value detected by the CO concentration sensor, so that the catalyst of the fuel cell may be excessively poisoned. It is prevented beforehand.

【0036】さらにこの発明は、炭化水素を原料とした
改質器を備えたシステムに適用することができるのであ
って、上述したメタノールを原料としたものに限定され
ない。そしてまた、改質器から燃料電池に改質ガスを供
給する以前に改質器から発生するガスは、切換弁を介し
て大気に放出する替わりに、燃焼部に還流させて改質原
料の加熱に使用するようにしてもよい。なおまた、この
発明で判断する燃料電池の電圧関連量は、上述した開回
路電圧であることが好ましいが、これに限定されず、他
の回路状態での電圧であってもよい。
Further, the present invention can be applied to a system provided with a reformer using hydrocarbon as a raw material, and is not limited to the above-described system using methanol as a raw material. Further, the gas generated from the reformer before the reformed gas is supplied from the reformer to the fuel cell is returned to the combustion section instead of being discharged to the atmosphere through the switching valve, and the reformed material is heated. May be used. The voltage-related amount of the fuel cell determined by the present invention is preferably the above-described open circuit voltage, but is not limited thereto, and may be a voltage in another circuit state.

【0037】ここで、上記の具体例とこの発明との関係
を説明すると、図1に示すステップS3,S3,S4,
S6の機能が請求項1における改質ガス供給許可手段に
相当する。また図1におけるステップS2,S3の機能
が請求項2における第1条件成立判断手段に相当し、か
つステップS4の機能が請求項2における第2条件成立
判断手段に相当し、ステップS6の機能が請求項2にお
ける改質ガス供給許可手段に相当する。さらに、図2に
示すステップS21,S22,S23の機能が請求項3
における温度判断手段に相当する。
Here, the relationship between the above specific example and the present invention will be described. Steps S3, S3, S4 and S4 shown in FIG.
The function of S6 corresponds to the reformed gas supply permission means in claim 1. The functions of steps S2 and S3 in FIG. 1 correspond to the first condition satisfaction determination means in claim 2, the function of step S4 corresponds to the second condition satisfaction determination means in claim 2, and the function of step S6 It corresponds to the reformed gas supply permission means in claim 2. Further, the functions of steps S21, S22 and S23 shown in FIG.
Corresponds to the temperature determination means.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上説明したように請求項1の発明によ
れば、改質反応時の一酸化炭素の発生要因となる改質器
における所定箇所の温度、改質ガス中の一酸化炭素ガス
の濃度そのもの、改質ガス中の一酸化炭素濃度に応じた
燃料電池での電圧に関連する量の三者のうちの少なくと
もいずれか二つが所定の条件を満たしている場合に、改
質ガス中の一酸化炭素濃度が低いと判断して改質器から
燃料電池に対する改質ガスの供給が許可されるので、改
質ガス中の一酸化炭素濃度が低いことの判断が正確にな
り、その結果、燃料電池に対して一酸化炭素が供給され
たり、そのために触媒の被毒が生じたりすることが防止
され、それに伴い燃料電池の耐久性や信頼性が高くなる
と同時に、発電効率を向上させることができる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the temperature of a predetermined portion in the reformer, which is a factor of generating carbon monoxide during the reforming reaction, and the carbon monoxide gas in the reformed gas Concentration itself, when at least any two of the three quantities related to the voltage in the fuel cell according to the carbon monoxide concentration in the reformed gas satisfy a predetermined condition, Since the supply of the reformed gas from the reformer to the fuel cell is permitted by judging that the concentration of carbon monoxide is low, the judgment that the concentration of carbon monoxide in the reformed gas is low becomes accurate, and as a result, To prevent the supply of carbon monoxide to the fuel cell and the resulting poisoning of the catalyst, thereby increasing the durability and reliability of the fuel cell and improving the power generation efficiency. Can be.

【0039】また、請求項2の発明によれば、一酸化炭
素濃度の判断の第1の条件として改質器における所定箇
所での温度と改質ガス中の一酸化炭素濃度とのいずれか
が所定の条件を満たしているか否かが判断され、その第
1の条件が成立している場合に第2の条件として燃料電
池での電圧関連量が所定の条件を満たしているか否かが
判断され、その第2の条件である電圧関連量が、改質ガ
ス中の一酸化炭素の多寡に顕著に反応するので、燃料電
池に対して改質ガスを供給することの可否を正確に判定
することができ、また、その制御の前に、改質器の所定
箇所の温度もしくは改質ガス中のセンサによる一酸化炭
素濃度の検出がおこなわれるから、改質ガス中の一酸化
炭素濃度がある程度低いことが確認された後に、電圧関
連量の検出のための改質ガスの燃料電池に対する供給が
おこなわれることになり、その結果、一酸化炭素濃度の
高い改質ガスが燃料電池に供給されることを未然に防止
することができる。
According to the second aspect of the present invention, as the first condition for determining the carbon monoxide concentration, one of the temperature at a predetermined location in the reformer and the carbon monoxide concentration in the reformed gas is used. It is determined whether or not a predetermined condition is satisfied. If the first condition is satisfied, it is determined as a second condition whether or not the voltage-related amount in the fuel cell satisfies the predetermined condition. Since the voltage-related amount as the second condition is significantly affected by the amount of carbon monoxide in the reformed gas, it is necessary to accurately determine whether the reformed gas can be supplied to the fuel cell. In addition, before the control, the temperature of a predetermined portion of the reformer or the concentration of carbon monoxide is detected by a sensor in the reformed gas. After confirming that it is Will be supplied to the fuel cell of the reformed gas is carried out, as a result, it is possible to prevent the high reformed gas concentration of carbon monoxide is supplied to the fuel cell in advance.

【0040】そして、請求項3の発明によれば、一酸化
炭素の発生要因となる改質部の温度、一酸化炭素酸化部
の温度、一酸化炭素酸化触媒における最も湿潤しやすい
箇所の温度のいずれもが所定の条件を満たしていること
を判断するので、改質器における一酸化炭素の発生状況
やその除去のための酸化の進行状況を正確に把握するこ
とができ、それに伴い改質器から燃料電池への改質ガス
の供給開始時の判断を正確におこない、始動の応答遅れ
や触媒の被毒などの不都合を未然に防止することができ
る。
According to the third aspect of the present invention, the temperature of the reforming unit, the temperature of the carbon monoxide oxidizing unit, and the temperature of the most susceptible portion of the carbon monoxide oxidizing catalyst, which are factors causing the generation of carbon monoxide, are determined. Since it is determined that each of them satisfies the predetermined condition, it is possible to accurately grasp the generation state of carbon monoxide in the reformer and the progress of oxidation for removing carbon monoxide. The determination at the time of starting supply of the reformed gas from the fuel cell to the fuel cell can be accurately performed, and inconveniences such as a response delay at the start and poisoning of the catalyst can be prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 この発明のシステムで実施される制御を説明
するためのフローチャートである。
FIG. 1 is a flowchart for explaining control performed in a system of the present invention.

【図2】 その第1条件の判断のためのサブルーチンの
一例を示すフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of a subroutine for determining a first condition.

【図3】 燃料電池のI−V特性線図である。FIG. 3 is an IV characteristic diagram of a fuel cell.

【図4】 改質器を燃料電池に接続したシステムの全体
的な構成を模式的に示す図である。
FIG. 4 is a diagram schematically showing an overall configuration of a system in which a reformer is connected to a fuel cell.

【図5】 その切換弁の制御系統を説明するためのブロ
ック図である。
FIG. 5 is a block diagram for explaining a control system of the switching valve.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…燃料電池、 2…改質器、 4…改質部、 22…
切換弁、 23,24,25…温度センサ、 26…C
O濃度センサ、 28…電子制御装置。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell, 2 ... Reformer, 4 ... Reforming part, 22 ...
Switching valve, 23, 24, 25 ... temperature sensor, 26 ... C
O concentration sensor, 28 ... electronic control unit.

フロントページの続き (72)発明者 山岡 正明 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 永宮 清美 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 Fターム(参考) 5H027 AA06 BA01 BA16 DD03 KK31 KK41 KK42 KK54 MM09 Continued on the front page (72) Inventor Masaaki Yamaoka 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Motor Corporation (72) Inventor Kiyomi Nagamiya 1 Toyota Town Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Motor Corporation F-term ( Reference) 5H027 AA06 BA01 BA16 DD03 KK31 KK41 KK42 KK54 MM09

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 改質器から供給された改質ガスの電気化
学的反応によって起電力を生じさせる燃料電池システム
において、 改質器における所定箇所の温度と改質ガス中の一酸化炭
素濃度と燃料電池の電圧関連量とのいずれか二つが予め
定めた条件を満たした場合に前記改質器から燃料電池へ
の改質ガスの供給を許可する改質ガス供給許可手段を備
えていることを特徴とする燃料電池システム。
1. A fuel cell system for generating an electromotive force by an electrochemical reaction of a reformed gas supplied from a reformer, wherein a temperature of a predetermined portion in the reformer, a concentration of carbon monoxide in the reformed gas, The fuel cell further includes a reformed gas supply permitting means for permitting supply of the reformed gas from the reformer to the fuel cell when any two of the voltage and the fuel cell voltage satisfy a predetermined condition. Characteristic fuel cell system.
【請求項2】 改質器から供給された改質ガスの電気化
学的反応によって起電力を生じさせる燃料電池システム
において、 改質器における所定箇所の温度と改質ガス中の一酸化炭
素濃度とのいずれか一方が予め定めた条件を満したこと
を判断する第1条件成立判断手段と、 改質器における所定箇所の温度と改質ガス中の一酸化炭
素濃度とのいずれか一方が予め定めた条件を満したこと
が前記第1条件成立判断手段によって判断された場合
に、前記燃料電池の電圧関連量が予め定めた条件を満た
すことを判断する第2条件成立判断手段と、 前記燃料電池の電圧関連量が予め定めた条件を満たすこ
とが前記第2条件成立判断手段によって判断された場合
に、前記改質器から燃料電池への改質ガスの供給を許可
する改質ガス供給許可手段を備えていることを特徴とす
る燃料電池システム。
2. A fuel cell system in which an electromotive force is generated by an electrochemical reaction of a reformed gas supplied from a reformer, wherein a temperature of a predetermined portion of the reformer, a concentration of carbon monoxide in the reformed gas, First condition satisfaction determining means for determining that one of the conditions satisfies a predetermined condition; and one of a temperature at a predetermined location in the reformer and a carbon monoxide concentration in the reformed gas is predetermined. A second condition satisfaction determining means for determining that the voltage-related amount of the fuel cell satisfies a predetermined condition, when the first condition satisfaction determining means determines that the fuel cell has satisfied the predetermined condition; Reforming gas supply permitting means for permitting supply of reformed gas from the reformer to the fuel cell when the second condition satisfaction determining means determines that the voltage related amount of the fuel cell satisfies a predetermined condition. Has A fuel cell system comprising:
【請求項3】 前記改質器が、改質燃料の改質反応を生
じさせる改質部と、改質ガス中の一酸化炭素ガスを酸化
させる酸化触媒を含む一酸化炭素酸化部とを備え、その
改質部の温度および一酸化炭素酸化部の温度ならびに前
記酸化触媒の最も湿潤しやすい箇所の温度のいずれもが
それぞれに応じて予め定めた判断基準温度に達している
ことにより前記改質器の所定箇所の温度が予め定めた条
件を満たしていることを判断する温度判断手段を備えて
いることを特徴とする請求項1もしくは2に記載の燃料
電池システム。
3. The reformer includes a reforming unit that causes a reforming reaction of the reformed fuel, and a carbon monoxide oxidizing unit that includes an oxidation catalyst that oxidizes carbon monoxide gas in the reformed gas. The temperature of the reforming section, the temperature of the carbon monoxide oxidizing section, and the temperature of the most easily wetted portion of the oxidation catalyst all reach a predetermined reference temperature corresponding to the reforming section. 3. The fuel cell system according to claim 1, further comprising a temperature judging means for judging that a temperature of a predetermined portion of the vessel satisfies a predetermined condition.
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