JP2009205882A - Imitation reformed gas manufacturing method, its device, and fuel cell testing device using this - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture simply and safely an imitation reformed gas corresponding to a material composition of a reformed gas without reforming a wide range of kinds of fuel by a steam reforming, a partial oxidation reforming, and an auto-thermal reforming or the like, when characteristics of a fuel cell are tested according to a using fuel. <P>SOLUTION: The manufacturing method of imitation reformed gas is equipped with: a step to establish a mixing ratio of at least two or more kinds of materials out of hydrogen, oxygen, or water, carbon dioxide, nitrogen, methane corresponding to the element composition of the material of the reformed gas to be supplied to a fuel cell; and a step to obtain an imitation reformed gas corresponding to the reformed gas by heating at least two or more kinds of materials of which the mixing ratio is established. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体酸化物形の燃料電池の試験装置に関し、特に炭化水素燃料を改質することにより得られる改質ガスを模擬的に製造することによって、その特性を簡便に試験し得るようにしたものである。   The present invention relates to a solid oxide fuel cell test apparatus, and more particularly, by simulating a reformed gas obtained by reforming a hydrocarbon fuel so that its characteristics can be easily tested. It is what.

燃料である水素と空気などの酸化剤とを化学的に反応させて発電する燃料電池は、一般的に発電効率が高く、既存の燃焼型熱機関サイクル装置に比べて排出ガスがクリーンであるという特徴を持っている。この燃料電池を使用する電解質で分類すると、アルカリ形,リン酸形,溶融炭酸塩形,固体高分子形,固体酸化物形のものに分けることができる。これらの燃料電池の中で、使用可能な燃料に多様性があり、作動温度が700℃以上と比較的高く、多様な排熱利用が可能であることなどから、特許文献1に開示されたような発電効率の特に高い固体酸化物形燃料電池(SOFC)が注目されている。   Fuel cells that generate electricity by chemically reacting hydrogen, which is a fuel, and an oxidant such as air, generally have higher power generation efficiency and are cleaner than existing combustion heat engine cycle devices. Has characteristics. When the fuel cell is classified according to the electrolyte used, it can be divided into alkaline type, phosphoric acid type, molten carbonate type, solid polymer type, and solid oxide type. Among these fuel cells, there are a variety of fuels that can be used, the operating temperature is relatively high at 700 ° C. or higher, and various exhaust heat utilization is possible. A solid oxide fuel cell (SOFC) with particularly high power generation efficiency has attracted attention.

しかしながら、この固体酸化物形燃料電池(以下、SOFCと記述する)は、実用化に向けて未だ開発段階にある技術である。このため、これを商用化する場合、燃料および酸化剤の安全な供給などの技術的課題の克服と同時に、メインテナンス性および排熱を利用した熱自立性の確立,高温に耐えるセル本体の開発など克服しなければならない多くの課題がある。さらに、電池性能のさらなる向上に加え、高温排出ガスを利用したガスタービンなど既存の熱機関サイクル装置とのコージェネレーションシステムの最適化ならびに低価格化なども達成する必要がある。   However, this solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as SOFC) is a technology that is still in the development stage for practical use. Therefore, when commercializing this, overcoming technical issues such as the safe supply of fuel and oxidizer, establishing maintenance and thermal independence using exhaust heat, and developing cell bodies that can withstand high temperatures There are many challenges that must be overcome. Furthermore, in addition to further improving battery performance, it is necessary to achieve optimization and cost reduction of cogeneration systems with existing heat engine cycle devices such as gas turbines that use high-temperature exhaust gas.

このような技術的課題を克服してSOFCの商用化を実証するため、試験用のSOFCが開発されている。このようなSOFCの技術的試験を行う場合、SOFCと各種燃料との相性なども試験することが望まれる。通常、燃料電池システムでは天然ガスや都市ガス、あるいは灯油などの炭化水素を燃料として用いることを想定している。これらの燃料を使用する際には、これらを水蒸気改質または部分酸化改質などの方法によって改質し、水素,水蒸気,一酸化炭素,二酸化炭素,メタンなどからなる混合ガスとして燃料電池に供給する必要がある。従って、燃料電池試験装置においては、これらの燃料を実際に改質するか、あるいは改質ガスの組成を模擬して燃料電池に供給することが一般的であろう。   In order to overcome such technical problems and demonstrate commercialization of SOFC, a test SOFC has been developed. When performing such a technical test of SOFC, it is desired to test the compatibility between SOFC and various fuels. Normally, it is assumed that a fuel cell system uses natural gas, city gas, or hydrocarbons such as kerosene as fuel. When these fuels are used, they are reformed by a method such as steam reforming or partial oxidation reforming and supplied to the fuel cell as a mixed gas composed of hydrogen, steam, carbon monoxide, carbon dioxide, methane, etc. There is a need to. Therefore, in a fuel cell test apparatus, it is common to actually reform these fuels or to simulate the composition of the reformed gas and supply it to the fuel cell.

特開2005−174704号公報JP 2005-174704 A

燃料電池試験装置にてその燃料を改質する場合、反応に必要な少量の水蒸気を安定に供給する必要がある。例えば、SOFC単セルの実験においては数10cm3/min〜数100cm3/min程度の水蒸気が必要があり、そのために10μm3/min〜数100μm3/minの水を蒸発させてこれを安定に供給しなければならない。また、燃料の改質温度が600℃程度の低温の場合、改質反応が平衡状態に達せず、原料ガス流量・組成のばらつきによって改質ガスの組成が変化してしまうことがある。さらに、ガス供給の混合条件や温度条件などによっては燃料の炭化水素が分解し、炭素が析出してしまう場合があった。 When reforming the fuel in the fuel cell test apparatus, it is necessary to stably supply a small amount of water vapor necessary for the reaction. For example, SOFC in the experiments of the single cell must have several 10 cm 3 / min to the number of 100 cm 3 / min about water vapor, which stably by 10 [mu] m 3 / min to the number of 100 [mu] m 3 / min water is evaporated in order that Must be supplied. When the reforming temperature of the fuel is a low temperature of about 600 ° C., the reforming reaction does not reach an equilibrium state, and the reformed gas composition may change due to variations in the raw material gas flow rate and composition. Furthermore, depending on gas supply mixing conditions, temperature conditions, etc., fuel hydrocarbons may be decomposed and carbon may be deposited.

一方、燃料を改質して得られる改質ガスの組成に対応した模擬改質ガスを燃料電池に供給する場合、猛毒性の一酸化炭素ガスを用意する必要があり、その管理などを厳重に行わなければならない。また、実験温度などの実験条件を変更する際には、その都度、模擬改質ガスの組成を計算し直す必要があり、非常に手間が掛かってしまう。   On the other hand, when supplying a simulated reformed gas corresponding to the reformed gas composition obtained by reforming the fuel to the fuel cell, it is necessary to prepare highly toxic carbon monoxide gas. It must be made. In addition, each time the experimental conditions such as the experimental temperature are changed, it is necessary to recalculate the composition of the simulated reformed gas, which is very troublesome.

本発明の目的は、このような問題点に鑑み、SOFCに利用できる広範な種類の燃料を用いることなく、またこれらの燃料を水蒸気改質,部分酸化改質,オートサーマル改質などによって改質させることなく、広範な改質ガスの組成に対応した模擬改質ガスを簡便かつ安全に製造し得る方法および装置を提供することにある。また、このような模擬改質ガスを利用した燃料電池試験装置を提供することも本発明の目的の一つである。   In view of such problems, the object of the present invention is to reform these fuels by steam reforming, partial oxidation reforming, autothermal reforming, etc. without using a wide variety of fuels that can be used for SOFC. An object of the present invention is to provide a method and an apparatus capable of easily and safely producing a simulated reformed gas corresponding to a wide range of reformed gas compositions. It is also an object of the present invention to provide a fuel cell test apparatus using such a simulated reformed gas.

本発明の第1の形態は、燃料電池に供給される改質ガスの原料の元素組成に応じて水素,酸素または水,二酸化炭素,窒素,メタンのうちの少なくとも2種類以上の材料の混合比を設定するステップと、混合比が設定された少なくとも2種類以上の材料を加熱して前記改質ガスに準じた模擬改質ガスを得るステップとを具えたことを特徴とする模擬改質ガス製造方法にある。   The first aspect of the present invention is a mixture ratio of at least two kinds of materials of hydrogen, oxygen or water, carbon dioxide, nitrogen, and methane according to the elemental composition of the raw material of the reformed gas supplied to the fuel cell. And a step of heating at least two or more kinds of materials having a set mixing ratio to obtain a simulated reformed gas in accordance with the reformed gas. Is in the way.

本発明の第1の形態による模擬改質ガス製造方法において、混合比が設定された少なくとも2種類以上の材料を加熱する温度が改質ガスを得る際の改質温度であることが好ましい。   In the simulated reformed gas manufacturing method according to the first aspect of the present invention, it is preferable that the temperature at which at least two kinds of materials having a set mixing ratio are heated is the reforming temperature when the reformed gas is obtained.

少なくとも2種類以上の材料が水素と酸素とメタンとを含む場合、水素と酸素とを加熱して水蒸気を得るステップと、得られた水蒸気を含むガスをメタンと共に加熱反応器に導くステップとを具えることが好ましい。   When at least two or more kinds of materials contain hydrogen, oxygen and methane, the method includes the steps of heating hydrogen and oxygen to obtain water vapor, and introducing the obtained gas containing water vapor together with methane to a heating reactor. It is preferable that

改質ガスに存在して模擬改質ガスに存在しない成分を模擬改質ガスに添加するステップをさらに具えることができる。   The method may further comprise adding a component that is present in the reformed gas but not in the simulated reformed gas to the simulated reformed gas.

本発明の第2の形態は、水素,酸素または水,二酸化炭素,窒素,メタンが供給される複数の材料供給通路と、燃料電池に供給される改質ガスの原料の元素組成に応じて前記複数の材料供給通路内を流れる材料の流量を制御する制御手段と、前記複数の材料供給通路からの材料が導かれる入口および前記改質ガスに準じた模擬改質ガスの出口およびヒータを有し、前記改質ガスに準じた模擬改質ガスを得る加熱反応器とを具えたことを特徴とする模擬改質ガス製造装置にある。   According to the second aspect of the present invention, a plurality of material supply passages to which hydrogen, oxygen or water, carbon dioxide, nitrogen, and methane are supplied and the element composition of the raw material of the reformed gas supplied to the fuel cell are described above. Control means for controlling the flow rate of the material flowing through the plurality of material supply passages, an inlet through which the material from the plurality of material supply passages is guided, a simulated reformed gas outlet according to the reformed gas, and a heater A simulated reformed gas production apparatus comprising a heating reactor for obtaining a simulated reformed gas according to the reformed gas.

本発明においては、燃料電池に供給される改質ガスの原料の元素組成に応じて水素,酸素または水,二酸化炭素,窒素,メタンのうちの少なくとも2種類以上の使用材料を選択してこれらの混合比を設定する。制御手段は、設定された使用材料の混合比に基づき、必要となる材料供給通路を開いてここを流れる材料の流量を制御する。制御手段により加熱反応器の入口から導かれた使用材料は、ここでヒータによって加熱され、燃料電池に供給される改質ガスに準じた模擬改質ガスとなってその出口から取得される。   In the present invention, at least two types of materials selected from hydrogen, oxygen or water, carbon dioxide, nitrogen, and methane are selected according to the elemental composition of the raw material of the reformed gas supplied to the fuel cell. Set the mixing ratio. The control means controls the flow rate of the material flowing through the necessary material supply passage by opening the necessary material supply passage based on the set mixing ratio of the used materials. The used material led from the inlet of the heating reactor by the control means is heated by the heater here, and is obtained as a simulated reformed gas according to the reformed gas supplied to the fuel cell from the outlet.

本発明の第2の形態による模擬改質ガス製造装置において、水素および酸素の材料供給通路から水素および酸素が導かれる入口と、加熱反応器の入口に連通路を介して連通する出口と、ヒータとを有し、水素と酸素とを反応させて水蒸気を得るための水蒸気発生器をさらに具え、メタンガス用の材料供給通路が連通路に連通しているものであってよい。この場合、水蒸気発生器は、本体と、この本体内に収容される酸化触媒と、この酸化触媒または本体の温度を検出するための温度センサとをさらに有し、ヒータは本体を取り囲むように配設されて酸化触媒を加熱するためのものであり、制御手段は温度センサによる検出信号に基づいてヒータの作動を制御するものであってよい。また、本体または酸化触媒の温度が予め設定した第1の温度よりも低いか、あるいは予め設定した第2の温度よりも高い場合、制御手段は酸素用の材料供給通路が閉止されるように制御することが好ましい。さらに、水蒸気発生器の入口側の圧力を検出するための圧力センサを具え、制御手段はこの圧力センサによって検出される圧力が所定圧を越えた場合、すべての材料供給通路が閉止されるように制御するものであってよい。   In the simulated reformed gas production apparatus according to the second aspect of the present invention, an inlet through which hydrogen and oxygen are led from the hydrogen and oxygen material supply passage, an outlet communicating with the inlet of the heating reactor via the communication passage, and a heater And a water vapor generator for obtaining water vapor by reacting hydrogen and oxygen, and a material supply passage for methane gas communicating with the communication passage. In this case, the steam generator further includes a main body, an oxidation catalyst accommodated in the main body, and a temperature sensor for detecting the temperature of the oxidation catalyst or the main body, and the heater is arranged so as to surround the main body. It is provided for heating the oxidation catalyst, and the control means may control the operation of the heater based on a detection signal from the temperature sensor. In addition, when the temperature of the main body or the oxidation catalyst is lower than the first preset temperature or higher than the second preset temperature, the control means controls the material supply passage for oxygen to be closed. It is preferable to do. Furthermore, a pressure sensor for detecting the pressure on the inlet side of the water vapor generator is provided, and the control means is configured to close all the material supply passages when the pressure detected by the pressure sensor exceeds a predetermined pressure. It may be controlled.

加熱反応器の出口側に連通し、改質ガスに存在して模擬改質ガスに存在しない成分を模擬改質ガスに添加するための添加成分供給通路をさらに具えることができる。   There may be further provided an additive component supply passage that communicates with the outlet side of the heating reactor and for adding a component that exists in the reformed gas but does not exist in the simulated reformed gas to the simulated reformed gas.

本発明の第3の形態は、本発明の第1の形態による模擬改質ガス製造方法か、本発明の第2の形態による模擬改質ガス製造装置により得られる模擬改質ガスを用いた燃料電池試験装置にある。   A third aspect of the present invention is a fuel using the simulated reformed gas obtained by the simulated reformed gas manufacturing method according to the first aspect of the present invention or the simulated reformed gas manufacturing apparatus according to the second aspect of the present invention. In battery testing equipment.

本発明においては、燃料を改質させることなく、燃料電池に供給される改質ガスに準じた模擬改質ガスが燃料電池に導かれ、この模擬改質ガスを用いて燃料電池の特性などが試験される。   In the present invention, a simulated reformed gas in accordance with the reformed gas supplied to the fuel cell is led to the fuel cell without reforming the fuel, and the characteristics of the fuel cell are determined using the simulated reformed gas. To be tested.

本発明の第3の形態による燃料電池試験装置において、作業雰囲気中の一酸化炭素ガス濃度を検出する一酸化炭素ガス濃度センサをさらに具え、制御装置は、一酸化炭素ガス濃度センサによって検出される一酸化炭素ガス濃度が所定値を越えた場合、二酸化炭素およびメタン用の材料供給通路が閉止されるように制御するものであってよい。   The fuel cell test apparatus according to the third aspect of the present invention further includes a carbon monoxide gas concentration sensor for detecting a carbon monoxide gas concentration in the working atmosphere, and the control device is detected by the carbon monoxide gas concentration sensor. When the carbon monoxide gas concentration exceeds a predetermined value, the material supply passage for carbon dioxide and methane may be controlled to be closed.

作業雰囲気中の水素ガス濃度を検出する水素ガス濃度センサをさらに具え、制御装置は、水素ガス濃度センサによって検出される水素ガス濃度が所定値を越えた場合、二酸化炭素およびメタン用の材料供給通路が閉止されるように制御する一方、4モル%以下の水素を含む窒素が加熱反応器に導かれるように、水素および窒素用の材料供給通路内を流れる水素および窒素の流量を制御するものであってよい。   A hydrogen gas concentration sensor for detecting the hydrogen gas concentration in the working atmosphere is further provided, and the control device is configured to supply a material supply passage for carbon dioxide and methane when the hydrogen gas concentration detected by the hydrogen gas concentration sensor exceeds a predetermined value. The flow rate of hydrogen and nitrogen flowing in the material supply passage for hydrogen and nitrogen is controlled so that nitrogen containing 4 mol% or less of hydrogen is led to the heating reactor. It may be.

本発明によると、燃料電池に供給される改質ガスの原料の元素組成に応じて水素,酸素または水,二酸化炭素,窒素,メタンのうちの少なくとも2種類以上の材料の混合比を設定し、混合比が設定された少なくとも2種類以上の材料を加熱して改質ガスに準じた模擬改質ガスを得るようにしたので、多種多様な燃料を用意する必要がなくなった。この結果、燃料を用いて得られる改質ガスに準じた模擬改質ガスを猛毒性の一酸化炭素を用意せずとも容易かつ安全に得ることができる。   According to the present invention, the mixing ratio of at least two kinds of materials of hydrogen, oxygen or water, carbon dioxide, nitrogen, methane is set according to the elemental composition of the reformed gas supplied to the fuel cell, Since at least two kinds of materials having a set mixing ratio are heated to obtain a simulated reformed gas according to the reformed gas, it is no longer necessary to prepare a wide variety of fuels. As a result, a simulated reformed gas according to the reformed gas obtained using fuel can be obtained easily and safely without preparing highly toxic carbon monoxide.

混合比が設定された少なくとも2種類以上の材料を加熱する温度を改質ガスを得る際の改質温度に設定した場合、模擬改質ガスを燃料の改質によって得られる改質ガスと同じ雰囲気に保持することができ、燃料電池に関する試験結果の信頼性を高めることができる。   When the temperature for heating at least two kinds of materials having a mixture ratio is set as the reforming temperature for obtaining the reformed gas, the simulated reformed gas has the same atmosphere as the reformed gas obtained by reforming the fuel. Therefore, the reliability of the test results relating to the fuel cell can be improved.

少なくとも2種類以上の材料が水素と酸素とメタンとを含む場合、水素と酸素とを加熱して水蒸気を得、得られた水蒸気を含むガスをメタンと共に加熱反応器に導くようにした場合、水素と酸素との加熱時にメタンが熱分解してしまうような不具合を回避することができ、所望の成分を持つ模擬改質ガスを得ることができる。   When at least two or more kinds of materials contain hydrogen, oxygen and methane, hydrogen and oxygen are heated to obtain water vapor, and when the obtained gas containing water vapor is led to the heating reactor together with methane, hydrogen The problem that methane is thermally decomposed when heated with oxygen can be avoided, and a simulated reformed gas having a desired component can be obtained.

改質ガスに存在して模擬改質ガスに存在しない成分を模擬改質ガスに添加するようにした場合、模擬改質ガスの成分を改質ガスの成分とほぼ同じにすることができ、燃料電池に関する試験結果の信頼性をより一層高めることができる。   When components that are present in the reformed gas but are not present in the simulated reformed gas are added to the simulated reformed gas, the components of the simulated reformed gas can be made substantially the same as the components of the reformed gas. The reliability of the test results relating to the battery can be further increased.

水素および酸素の記材料供給通路から水素および酸素が導かれる入口と、加熱反応器の入口に連通路を介して連通する出口と、ヒータとを有し、水素と酸素とを反応させて水蒸気を得るための水蒸気発生器が、本体と、この本体内に収容される酸化触媒と、この酸化触媒または本体の温度を検出するための温度センサとをさらに有し、ヒータは本体を取り囲むように配設されて酸化触媒を加熱するためのものであり、制御手段は温度センサによる検出信号に基づいてヒータの作動を制御する場合、特に、本体または酸化触媒の温度が予め設定した第1の温度よりも低いか、あるいは予め設定した第2の温度よりも高い時、制御手段は酸素用の材料供給通路が閉止されるように制御する場合、水素の異常燃焼などによる安全性の低下を未然に防止することができる。   It has an inlet through which hydrogen and oxygen are introduced from the hydrogen and oxygen recording material supply passage, an outlet communicating with the inlet of the heating reactor via the communication passage, and a heater, and reacts hydrogen with oxygen to produce water vapor. The water vapor generator for obtaining further has a main body, an oxidation catalyst accommodated in the main body, and a temperature sensor for detecting the temperature of the oxidation catalyst or the main body, and the heater is arranged so as to surround the main body. When the control means controls the operation of the heater based on a detection signal from the temperature sensor, in particular, the temperature of the main body or the oxidation catalyst is higher than a preset first temperature. If the control means controls the material supply passage for oxygen to be closed when the temperature is lower or higher than the preset second temperature, the deterioration of safety due to abnormal combustion of hydrogen or the like is prevented in advance. It can be.

水蒸気発生器の入口側の圧力を検出するための圧力センサをさらに具え、制御手段はこの圧力センサによって検出される圧力が所定圧を越えた時、すべての材料供給通路が閉止されるように制御する場合、水蒸気発生器よりも下流側での何らかの異常による安全性の低下を未然に防止することができる。   A pressure sensor for detecting the pressure on the inlet side of the steam generator is further provided, and the control means controls so that all the material supply passages are closed when the pressure detected by the pressure sensor exceeds a predetermined pressure. In this case, it is possible to prevent a decrease in safety due to some abnormality on the downstream side of the steam generator.

本発明の燃料電池試験装置によると、多種多様な燃料を用意せずとも、このような燃料を用いて得られる改質ガスに準じた模擬改質ガスを用い、燃料電池に関する各種試験を容易かつ安全に行うことができる。   According to the fuel cell test apparatus of the present invention, various types of fuel cell tests can be easily performed using simulated reformed gas in accordance with the reformed gas obtained using such fuel without preparing a wide variety of fuels. It can be done safely.

作業雰囲気中の一酸化炭素ガス濃度を検出する一酸化炭素ガス濃度センサをさらに具え、一酸化炭素ガス濃度センサによって検出される一酸化炭素ガス濃度が所定値を越えた時、制御装置は、二酸化炭素およびメタン用の材料供給通路が閉止されるように制御する場合、作業雰囲気を安全に保つことができる。   A carbon monoxide gas concentration sensor for detecting the carbon monoxide gas concentration in the working atmosphere is further provided, and when the carbon monoxide gas concentration detected by the carbon monoxide gas concentration sensor exceeds a predetermined value, the control device When the material supply passages for carbon and methane are controlled to be closed, the working atmosphere can be kept safe.

作業雰囲気中の水素ガス濃度を検出する水素ガス濃度センサをさらに具え、水素ガス濃度センサによって検出される水素ガス濃度が所定値を越えた時、制御装置は、二酸化炭素およびメタン用の材料供給通路が閉止されるように制御する一方、4モル%以下の水素を含む窒素が加熱反応器に導かれるように、水素および窒素用の材料供給通路内を流れる水素および窒素の流量を制御する場合、燃料電池の損傷や劣化などを最小限に抑えつつ、作業雰囲気を安全に保つことができる。   A hydrogen gas concentration sensor for detecting the hydrogen gas concentration in the working atmosphere is further provided, and when the hydrogen gas concentration detected by the hydrogen gas concentration sensor exceeds a predetermined value, the control device is configured to supply a material supply passage for carbon dioxide and methane. When the flow rate of hydrogen and nitrogen flowing in the hydrogen and nitrogen material supply passage is controlled so that nitrogen containing 4 mol% or less of hydrogen is led to the heating reactor, The working atmosphere can be kept safe while minimizing damage and deterioration of the fuel cell.

本発明による燃料電池試験装置をSOFCに応用した実施形態について、図1〜図5を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施形態のみに限らず、必要に応じて周智の技術をさらに組み合わせたり、本発明の精神に帰属する他の任意の技術にも応用することができる。   An embodiment in which the fuel cell test apparatus according to the present invention is applied to SOFC will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 5. However, the present invention is not limited to such an embodiment, and is The techniques can be further combined or applied to any other technique belonging to the spirit of the present invention.

本実施形態における燃料電池試験装置の模式的に図1に示し、その制御ブロックを図2に示す。本実施形態における燃料電池試験装置10は、建屋の作業空間、つまり本発明における作業雰囲気となる試験室11内に収容され、発電部12と、加熱反応部13と、水蒸気発生部14と、材料供給部15と、ガス分析部16と、負荷発生部17と、制御装置18とで主要部が構成されている。この他、試験室11の天井には、外気に連通する排気ダクト19が開口し、この排気ダクト19には排気ファン20と、排気ダクト19内の排気の流量を検出してこれを制御装置18に出力するエアフローメータ21とが組み込まれている。また、排気ダクト19内を通過する排気中の一酸化炭素濃度および水素濃度をそれぞれ検出してこれを制御装置18に出力する一酸化炭素ガス濃度センサ22および水素ガス濃度センサ23が排気ダクト19に臨むように取り付けられている。   A fuel cell test apparatus according to this embodiment is schematically shown in FIG. 1, and its control block is shown in FIG. A fuel cell test apparatus 10 according to the present embodiment is housed in a building work space, that is, a test chamber 11 serving as a work atmosphere in the present invention, and includes a power generation unit 12, a heating reaction unit 13, a water vapor generation unit 14, and a material. The supply unit 15, the gas analysis unit 16, the load generation unit 17, and the control device 18 constitute main parts. In addition, an exhaust duct 19 that communicates with the outside air is opened in the ceiling of the test chamber 11. The exhaust duct 19 detects the flow rate of the exhaust gas in the exhaust duct 19 and the control device 18. The air flow meter 21 that outputs to the air is incorporated. Also, a carbon monoxide gas concentration sensor 22 and a hydrogen gas concentration sensor 23 that detect the carbon monoxide concentration and the hydrogen concentration in the exhaust gas passing through the exhaust duct 19 and output them to the control device 18 are provided in the exhaust duct 19. It is attached to face.

発電部12は、燃料電池本体24と、この燃料電池本体24の温度を調整するためのヒータ(以下、第1ヒータと呼称する)25とを有する。本実施形態における燃料電池本体24は、安定化ジルコニアなどの電解質にて形成され、上端部が半球状となって塞がれた円筒状をなすセル26を有するSOFCである。セル26の内周側の燃料極(陽極)に加熱反応部13側からの模擬改質ガスが導入され、セル26の外周側の空気極(陰極)に空気が導かれるようになっている。第1ヒータ25には燃料電池本体24の温度を検出してこれを制御装置18に出力する第1温度センサ27が取り付けられているが、この第1温度センサ27を燃料電池本体24に取り付けるようにしてもよい。なお、燃料電池本体の構成などに関しては、従来から周知の単セル形式のものや、複セル形式のものなど、適宜選択し得るものである。   The power generation unit 12 includes a fuel cell main body 24 and a heater (hereinafter referred to as a first heater) 25 for adjusting the temperature of the fuel cell main body 24. The fuel cell main body 24 in the present embodiment is an SOFC having a cylindrical cell 26 formed of an electrolyte such as stabilized zirconia and having a hemispherical upper end. The simulated reformed gas from the heating reaction portion 13 side is introduced into the fuel electrode (anode) on the inner peripheral side of the cell 26, and air is guided to the air electrode (cathode) on the outer peripheral side of the cell 26. A first temperature sensor 27 that detects the temperature of the fuel cell main body 24 and outputs it to the control device 18 is attached to the first heater 25, and the first temperature sensor 27 is attached to the fuel cell main body 24. It may be. In addition, regarding the configuration of the fuel cell main body, a conventionally well-known single cell type or multi-cell type can be selected as appropriate.

加熱反応部13は、上述した発電部12に供給すべき模擬改質ガスを生成するものであり、円筒状をなす反応器本体28と、この反応器本体28を囲んで反応器本体28内の温度を所定の温度に保つためのヒータ(以下、第2ヒータと呼称する)29とを有する。本実施形態における反応器本体28には、ニッケル系またはルテニウム系触媒が収容されており、得られる模擬改質ガスの組成が目標とする改質ガスの組成にできるだけ合致するように、触媒の密度や種類などを変更できるようになっている。目標とする改質ガスを製造する際の温度と同じ温度(例えば500〜800℃)に設定される第2ヒータ29には、反応器本体28内の温度を検出してこれを制御装置18に出力する第2温度センサ30が取り付けられている。なお、この第2温度センサ30を反応器本体28に取り付けるようにしてもよい。   The heating reaction unit 13 generates a simulated reformed gas to be supplied to the power generation unit 12 described above, and includes a cylindrical reactor main body 28 and the reactor main body 28 surrounding the reactor main body 28. A heater (hereinafter referred to as a second heater) 29 for keeping the temperature at a predetermined temperature. The reactor main body 28 in this embodiment contains a nickel-based or ruthenium-based catalyst, and the density of the catalyst is set so that the composition of the obtained simulated reformed gas matches the target reformed gas composition as much as possible. You can change the type. The second heater 29 set to the same temperature (for example, 500 to 800 ° C.) as the temperature for producing the target reformed gas detects the temperature in the reactor main body 28 and sends it to the control device 18. The 2nd temperature sensor 30 to output is attached. The second temperature sensor 30 may be attached to the reactor main body 28.

水蒸気発生部14は、水素を燃焼させて水蒸気を得るためのものであり、円筒状をなす容器本体31と、この容器本体31を囲んで容器本体31内の温度を150〜300℃に保つためのヒータ(以下、第3ヒータと呼称する)32とを有する。本実施形態における容器本体31にはハニカム構造の金属を基体とする白金触媒が収容され、水素の酸化を促進させるように機能する。また、この容器本体31には、容器本体31内の温度を検出してこれを制御装置18に出力する第3温度センサ33が取り付けられているが、この第3温度センサ33を第3ヒータ32に取り付けるようにしてもよい。   The water vapor generating unit 14 is for burning hydrogen to obtain water vapor, and is for enclosing the cylindrical container body 31 and the temperature inside the container body 31 at 150 to 300 ° C. surrounding the container body 31. Heater (hereinafter referred to as a third heater) 32. The container main body 31 in this embodiment contains a platinum catalyst based on a metal having a honeycomb structure, and functions to promote hydrogen oxidation. The container body 31 is provided with a third temperature sensor 33 that detects the temperature in the container body 31 and outputs the detected temperature to the control device 18. The third temperature sensor 33 is attached to the third heater 32. You may make it attach to.

本実施例における水蒸気発生部14として、1.5ccの体積を持つPtメタルハニカム触媒を収容し、これを200℃に加熱した容器本体31に標準状態で200cm3の水素を供給する一方、標準状態で10cm3,30cm3,50cm3,70cm3,90cm3の水素をそれぞれ供給して水蒸気を発生させ、赤外分光装置にてその水蒸気濃度を測定した所、水蒸気量は標準状態で20〜80cm3まで酸素供給量に比例して増加し、かつ安定に発生することを確認できた。容器本体31から出て来る発生ガス中の酸素については、水蒸気除去後にガスクロマトグラフで測定した結果、装置検出限界の10ppm以下であることを確認できた。 In the present embodiment, a Pt metal honeycomb catalyst having a volume of 1.5 cc is accommodated as the water vapor generating part 14 and 200 cm 3 of hydrogen is supplied to the container body 31 heated to 200 ° C. in a standard state. 10 cm 3 , 30 cm 3 , 50 cm 3 , 70 cm 3 , 90 cm 3 of hydrogen were respectively supplied to generate water vapor, and the water vapor concentration was measured with an infrared spectrometer. It was confirmed that it increased in proportion to the amount of oxygen supplied up to 3 , and generated stably. As a result of measuring the oxygen in the generated gas coming out of the container main body 31 with a gas chromatograph after removing the water vapor, it was confirmed that it was 10 ppm or less of the device detection limit.

なお、試験室11内の安全基準などの要請により、水素の酸化による水蒸気の発生を行うことができない場合、水を加熱して気化させ、これによって水蒸気を得るようにしてもよい。この場合には、酸素の供給が不要となる。しかしながら、用いられる材料の混合条件などにより水を安定に蒸発させることが難しい場合、本実施形態のように過剰な水素に酸素を加えて触媒燃焼により水蒸気を発生させることが有効である。   In addition, when the water vapor | steam generation | occurrence | production by the oxidation of hydrogen cannot be performed by the request | requirement of the safety standard etc. in the test chamber 11, water may be heated and vaporized, and you may make it obtain water vapor | steam by this. In this case, it is not necessary to supply oxygen. However, when it is difficult to stably evaporate water due to the mixing conditions of the materials used, it is effective to generate water vapor by catalytic combustion by adding oxygen to excess hydrogen as in this embodiment.

材料供給部15は、空気,水素,酸素,二酸化炭素,窒素,メタン,水素4%含有窒素,炭化水素化合物を必要に応じて発電部12,加熱反応部13,水蒸気発生部14に供給するためのものである。本実施形態における材料供給部15は、空気,水素,酸素,二酸化炭素,窒素,メタン,水素4%含有窒素,炭化水素化合物をそれぞれ加圧状態で貯留する複数のタンク34〜41と、これらタンク34〜41と発電部12,加熱反応部13,水蒸気発生部14とを接続する複数の配管42〜52と、配管42〜49の途中にそれぞれ組み込まれた質量流量計53〜60および開閉弁61〜68とを有する。各タンク34〜41にはその内部の圧力を検出してこれを制御装置18に出力する圧力センサ69〜76がそれぞれ設けられており、これによって各タンク34〜41内の残量を把握することができるようになっている。   The material supply unit 15 supplies air, hydrogen, oxygen, carbon dioxide, nitrogen, methane, nitrogen containing 4% hydrogen, and hydrocarbon compounds to the power generation unit 12, the heating reaction unit 13, and the steam generation unit 14 as necessary. belongs to. The material supply unit 15 in the present embodiment includes a plurality of tanks 34 to 41 that store air, hydrogen, oxygen, carbon dioxide, nitrogen, methane, nitrogen containing 4% hydrogen, and hydrocarbon compounds in a pressurized state, and these tanks. 34 to 41 and a plurality of pipes 42 to 52 connecting the power generation unit 12, the heating reaction unit 13, and the water vapor generation unit 14, and mass flow meters 53 to 60 and an on-off valve 61 incorporated in the middle of the pipes 42 to 49, respectively. ~ 68. Each of the tanks 34 to 41 is provided with pressure sensors 69 to 76 that detect the pressure inside the tanks 34 and output the detected pressure to the control device 18, thereby grasping the remaining amount in each of the tanks 34 to 41. Can be done.

空気タンク34の配管42は、発電部12の燃料電池本体24に連通している。   The piping 42 of the air tank 34 communicates with the fuel cell main body 24 of the power generation unit 12.

水素タンク35,窒素タンク38,水素4%含有窒素タンク40の各配管43,46,48は、途中から1本の合流配管49にまとめられ、水蒸気発生部14の容器本体31の入口側に連通している。本実施形態では各開閉弁61〜68の閉弁時における弁体の駆動源として窒素を作動ガスとして用いており、このために各開閉弁61〜68には窒素タンク38からの図示しない配管もそれぞれ接続している。水素4%含有窒素タンク40は、文字通り、水素を4モル%と窒素を96モル%との混合ガスであり、本実施形態では非常用の材料として用いているが、省略することも可能である。この場合には、非常用の材料として水素タンク35からの水素と窒素タンク38からの窒素とを混合したものを流用することができる。   The pipes 43, 46, and 48 of the hydrogen tank 35, the nitrogen tank 38, and the nitrogen tank 40 containing 4% hydrogen are gathered from the middle into one merging pipe 49, and communicate with the inlet side of the container body 31 of the water vapor generating unit 14. is doing. In this embodiment, nitrogen is used as a working gas as a drive source of the valve body when each on-off valve 61-68 is closed. For this reason, each on-off valve 61-68 also includes piping (not shown) from the nitrogen tank 38. Each is connected. The nitrogen tank 40 containing 4% hydrogen is literally a mixed gas of 4 mol% hydrogen and 96 mol% nitrogen, and is used as an emergency material in this embodiment, but may be omitted. . In this case, a mixture of hydrogen from the hydrogen tank 35 and nitrogen from the nitrogen tank 38 can be used as an emergency material.

酸素タンク36の配管44は、水素タンク35,窒素タンク38,水素4%含有窒素タンク40の合流配管49とは別に、水蒸気発生部14の容器本体31の入口側に連通している。上述したように、本実施形態では水蒸気発生部14にて水素と酸素とを用い、水素を酸化させて水蒸気を得るようにしているため、本発明の材料として水を用いる必要がない。しかしながら、水を用いる場合には、酸素を材料から外すことが可能となる。   The piping 44 of the oxygen tank 36 communicates with the inlet side of the container main body 31 of the water vapor generating unit 14, separately from the merging piping 49 of the hydrogen tank 35, the nitrogen tank 38, and the nitrogen tank 40 containing 4% hydrogen. As described above, in the present embodiment, hydrogen and oxygen are used in the water vapor generating unit 14 to oxidize hydrogen to obtain water vapor, so that it is not necessary to use water as the material of the present invention. However, when water is used, oxygen can be removed from the material.

容器本体31に対する上述した2種類の配管44,49の入口側には、これら配管44,49内の圧力を検出してこれを制御装置18にそれぞれ出力する圧力センサ77,78が組み込まれている。ただし、これら圧力センサ77,78を2本の配管44,49に設ける必要はなく、何れか一方の配管のみに組み込むようにしてもよい。   Pressure sensors 77 and 78 for detecting the pressure in the pipes 44 and 49 and outputting them to the control device 18 are incorporated on the inlet side of the above-described two types of pipes 44 and 49 with respect to the container body 31. . However, these pressure sensors 77 and 78 do not have to be provided in the two pipes 44 and 49, and may be incorporated in only one of the pipes.

二酸化炭素タンク37,メタンタンク39の各配管45,47も途中で一つにまとめられ、加熱反応部13と水蒸気発生部14とを連通する配管50の途中に接続している。これにより、メタンの熱分解を防ぐことが可能となる。   The pipes 45 and 47 of the carbon dioxide tank 37 and the methane tank 39 are also integrated in the middle, and are connected to the middle of the pipe 50 that connects the heating reaction unit 13 and the water vapor generation unit 14. Thereby, it becomes possible to prevent thermal decomposition of methane.

なお、先の窒素タンク38の配管46を水蒸気発生部14の容器本体31の入口側ではなく、二酸化炭素タンク37,メタンタンク39の各配管45,47といっしょにまとめて加熱反応部13と水蒸気発生部14とを連通する配管50の途中に接続させるようにしてもよい。   It should be noted that the piping 46 of the nitrogen tank 38 is not the inlet side of the vessel body 31 of the steam generation unit 14 but the pipings 45 and 47 of the carbon dioxide tank 37 and the methane tank 39 together. You may make it connect in the middle of the piping 50 which connects the generating part 14.

炭化水素化合物タンク41は、目標とする改質ガスに存在しているのに対し、模擬改質ガスに存在しない、つまり加熱反応部13にて生成させることができない炭化水素などの化合物の成分を材料として貯留したものである。この炭化水素化合物タンク41の配管49は、発電部12の燃料電池本体24と加熱反応部13とを接続する配管52の途中に連通している。   While the hydrocarbon compound tank 41 is present in the target reformed gas, it does not exist in the simulated reformed gas, that is, a component of a compound such as hydrocarbon that cannot be generated in the heating reaction unit 13. It is stored as a material. The piping 49 of the hydrocarbon compound tank 41 communicates with the piping 52 connecting the fuel cell main body 24 of the power generation unit 12 and the heating reaction unit 13.

ガス分析部16は、加熱反応部13から発電部12の燃料電池本体24に至る配管52と、上述した炭化水素化合物タンク41の配管49との接続部分よりも下流側の配管52の途中に連通し、発電部12に供給されるガスの分析を行う。   The gas analysis unit 16 communicates in the middle of the piping 52 downstream from the connection portion between the piping 52 extending from the heating reaction unit 13 to the fuel cell main body 24 of the power generation unit 12 and the piping 49 of the hydrocarbon compound tank 41 described above. The gas supplied to the power generation unit 12 is analyzed.

負荷発生部17は、発電部12の燃料電池本体24に対して接続されて燃料電池本体24に発電負荷を与えるためのものであり、制御装置18によって接続状態と遮断状態とが制御される。   The load generation unit 17 is connected to the fuel cell main body 24 of the power generation unit 12 to apply a power generation load to the fuel cell main body 24, and the connected state and the cut-off state are controlled by the control device 18.

制御装置18は、オペレータにより操作されるスイッチ79〜82および上述した各種センサ22,23,27,30,33,69〜78,エアフローメータ21からの出力に基づき、予め設定されたプログラムに従って発電部12,加熱反応部13,水蒸気発生部14,材料供給部15,負荷発生部17の作動を制御する。また、燃料電池試験装置10が異常な状態などがある場合には、異常警報表示器83にこれを表示して聴覚や視覚などによりオペレータに対して異常な状態などを知らせるようになっている。   The control device 18 is based on outputs from the switches 79 to 82 operated by the operator and the various sensors 22, 23, 27, 30, 33, 69 to 78, and the air flow meter 21 described above, according to a preset program. 12, the operation of the heating reaction unit 13, the water vapor generation unit 14, the material supply unit 15 and the load generation unit 17 is controlled. Further, when there is an abnormal state or the like in the fuel cell test apparatus 10, this is displayed on the abnormality alarm indicator 83 to notify the operator of the abnormal state or the like by hearing or vision.

なお、上述した排気ファン20に対する通電のオン/オフは、制御装置18を介することなく、オペレータが別系統にて手動で操作する。   Note that the above-described on / off of energization to the exhaust fan 20 is manually operated by an operator in a separate system without using the control device 18.

本実施形態におけるスイッチ79〜82は、起動スイッチ79と、運転スイッチ80と、運転停止スイッチ81と、緊急停止スイッチ82とを含むが、運転スイッチ80を運転停止スイッチ81と兼用させることも可能である。また、以下に説明する起動運転モードと、定常運転モードと、運転停止モードと、緊急停止モードとを選択することができるのであれば、スイッチ79〜82の数は1つでも構わない。   The switches 79 to 82 in this embodiment include a start switch 79, an operation switch 80, an operation stop switch 81, and an emergency stop switch 82, but the operation switch 80 can also be used as the operation stop switch 81. is there. In addition, the number of switches 79 to 82 may be one as long as the startup operation mode, the steady operation mode, the operation stop mode, and the emergency stop mode described below can be selected.

起動スイッチ79は、この燃料電池試験装置10を起動するためのものである。このモードでは、所望の流量の空気,窒素,水素が供給され、第1〜3ヒータ25,29,32に対する通電がなされ、発電部12,加熱反応部13,水蒸気発生部14がそれぞれ所定の速度で昇温される。   The start switch 79 is for starting the fuel cell test apparatus 10. In this mode, air, nitrogen, and hydrogen at a desired flow rate are supplied, the first to third heaters 25, 29, and 32 are energized, and the power generation unit 12, the heating reaction unit 13, and the water vapor generation unit 14 each have a predetermined speed. The temperature is raised.

運転スイッチ80は、燃料電池試験装置10を定常運転状態、つまり目標とする改質ガスに準じた模擬改質ガスを製造して発電部12の試験を行うためのものである。定常運転状態は、所望の流量の空気,水素,酸素,二酸化炭素,窒素,メタン,炭化水素化合物が供給可能な状態であり、第1〜3ヒータ25,29,32に対する通電がなされ、発電部12,加熱反応部13,水蒸気発生部14がそれぞれ所定の温度に保持されると共に負荷発生部17が発電部12に接続される。   The operation switch 80 is for testing the power generation unit 12 by manufacturing the simulated reformed gas according to the target reformed gas in the steady operation state of the fuel cell test apparatus 10. The steady operation state is a state in which air, hydrogen, oxygen, carbon dioxide, nitrogen, methane, and hydrocarbon compounds at a desired flow rate can be supplied, and the first to third heaters 25, 29, and 32 are energized, and the power generation unit 12, the heating reaction unit 13 and the water vapor generation unit 14 are each maintained at a predetermined temperature, and the load generation unit 17 is connected to the power generation unit 12.

運転停止スイッチ81は、定常運転状態から燃料電池試験装置10を停止させるためのモードであり、この運転停止スイッチ81が選択されると、燃料電池試験装置10に所望の流量の空気,窒素,水素が供給され、発電部12,加熱反応部13,水蒸気発生部14がそれぞれ所定の速度で降温される。発電部12の温度が所定温度まで低下したことを確認してから、すべての開閉弁61〜68を閉止すると共に第1〜3ヒータ25,29,32に対する通電を止めるようになっている。   The operation stop switch 81 is a mode for stopping the fuel cell test apparatus 10 from a steady operation state. When this operation stop switch 81 is selected, the fuel cell test apparatus 10 is supplied with air, nitrogen, hydrogen at a desired flow rate. Is supplied, and the power generation unit 12, the heating reaction unit 13, and the water vapor generation unit 14 are each cooled at a predetermined rate. After confirming that the temperature of the power generation unit 12 has decreased to a predetermined temperature, all the on-off valves 61-68 are closed and energization of the first to third heaters 25, 29, 32 is stopped.

緊急停止スイッチ82は、すべての開閉弁61〜68を閉止すると共に負荷発生部17を発電部12から遮断し、第1〜3ヒータ25,29,32に対する通電を直ちに止めるためのものである。この場合においても、制御装置18は異常警報表示器83にその旨を表示するようになっている。   The emergency stop switch 82 closes all the on-off valves 61 to 68 and shuts off the load generation unit 17 from the power generation unit 12 to immediately stop energization of the first to third heaters 25, 29, and 32. Even in this case, the control device 18 displays the fact on the abnormality alarm indicator 83.

上述した起動運転モード,定常運転モード,運転停止モード,緊急停止モード,起動運転中または定常運転中に何らかの異常がこの燃料電池試験装置10にある場合、安全上の観点から自動的に選択される第1〜第5非常運転モードにおける各開閉弁61〜68の開閉状態,負荷発生部17の接続/遮断状態,第1〜3ヒータ25,29,32に対する通電のオン/オフ状態を表1に示す。   When there is any abnormality in the fuel cell test apparatus 10 during the start-up operation mode, the steady operation mode, the operation stop mode, the emergency stop mode, the start-up operation or during the steady operation described above, it is automatically selected from the viewpoint of safety. Table 1 shows the open / close states of the on-off valves 61 to 68 in the first to fifth emergency operation modes, the connection / cutoff state of the load generating unit 17, and the on / off states of energization to the first to third heaters 25, 29, and 32. Show.

Figure 2009205882
Figure 2009205882

表1において、開閉弁が開閉とあるのは、基本的に開状態に制御されるものであるが、材料の供給が不要な場合には閉状態にされることを意味する。また、第1ヒータ25が降下とあるのは、燃料電池本体24の温度が所定の温度降下率で温度が所定温度まで低下するように第1ヒータ25の通電状態を経時的に制御することを示す。   In Table 1, the opening / closing of the on / off valve is basically controlled to be in the open state, but it is in the closed state when the supply of material is unnecessary. The first heater 25 is lowered because the energized state of the first heater 25 is controlled over time so that the temperature of the fuel cell body 24 is lowered to a predetermined temperature at a predetermined temperature drop rate. Show.

定常運転状態においては、燃料電池本体24に供給される改質ガスの原料の元素組成に応じて水素,酸素,二酸化炭素,窒素,メタンのうちの少なくとも2種類以上の材料の混合比が設定される。この場合、目標となる改質ガスの改質方法で用いられる原料の元素組成に対応させることが必要であり、この時の改質温度と同じ温度に加熱反応部13の温度を設定する必要がある。   In the steady operation state, a mixing ratio of at least two kinds of materials of hydrogen, oxygen, carbon dioxide, nitrogen and methane is set according to the elemental composition of the reformed gas material supplied to the fuel cell main body 24. The In this case, it is necessary to correspond to the elemental composition of the raw material used in the target reforming method of the reformed gas, and it is necessary to set the temperature of the heating reaction unit 13 to the same temperature as the reforming temperature at this time. is there.

例えば、メタンの水蒸気改質によって得られる改質ガスに準ずる模擬改質ガスを製造する場合、用いられる材料のモル比の一例を以下の表2に示す。   For example, when producing a simulated reformed gas according to the reformed gas obtained by steam reforming of methane, an example of the molar ratio of the materials used is shown in Table 2 below.

Figure 2009205882
Figure 2009205882

灯油の水蒸気改質によって得られる改質ガスに準じた模擬改質ガスを得る場合、灯油の平均組成をC1224とし、これを水蒸気改質して得られる平衡組成と、二酸化炭素,水素,酸素を用いて模擬改質ガスを実際に作成した場合における成分の違いを確認した。具体的には原料ガスとしてC1224:水蒸気=1:12〜60のモル比となる混合ガスを供給して450〜800℃で水蒸気改質することによって改質ガスを得た。一方、灯油と水からなる原料のC:H:Oのモル比と一致するように、水素,酸素,二酸化炭素および必要に応じてメタンを用い、最初に水素と酸素とをPtメタルハニカム触媒により200℃で触媒燃焼させ、得られた水素,水蒸気を二酸化炭素と混合し、Ru/Al23触媒下で450〜800℃で反応させ、模擬改質ガスを得た。 When obtaining a simulated reformed gas in accordance with the reformed gas obtained by steam reforming of kerosene, the average composition of kerosene is C 12 H 24, and the equilibrium composition obtained by steam reforming, carbon dioxide, hydrogen The difference in the components when the simulated reformed gas was actually created using oxygen was confirmed. Specifically, a reformed gas was obtained by supplying a mixed gas having a molar ratio of C 12 H 24 : water vapor = 1: 12 to 60 as a raw material gas and performing steam reforming at 450 to 800 ° C. On the other hand, hydrogen, oxygen, carbon dioxide and, if necessary, methane are used so as to coincide with the C: H: O molar ratio of the raw material consisting of kerosene and water. The catalyst was combusted at 200 ° C., and the resulting hydrogen and water vapor were mixed with carbon dioxide and reacted at 450 to 800 ° C. under a Ru / Al 2 O 3 catalyst to obtain a simulated reformed gas.

両者を比較したところ、同一の温度条件下ではC1224:水蒸気>1:18以上で各組成が1モル%以下の差で良く一致した。一方、Pt/SiO2触媒ではRu/Al23触媒と同一の実験条件で得られたガス組成は平衡から大きくずれることが判明した。 When both were compared, under the same temperature conditions, C 12 H 24 : water vapor> 1:18 or more and the respective compositions agreed well with a difference of 1 mol% or less. On the other hand, it was found that the gas composition obtained under the same experimental conditions as that of the Ru / Al 2 O 3 catalyst greatly deviated from the equilibrium with the Pt / SiO 2 catalyst.

ブタンの部分酸化改質によって得られる改質ガスに準ずる模擬改質ガスを製造する場合、改質ガス原料としてC410:O2:N2を1:2:8の割合で用いるとすると、模擬改質ガス製造用材料として例えばH2,CO2,CH4,N2を1:2:2:8の割合で使用すればよい。また、プロパンの部分酸化改質によって得られる改質ガスに準ずる模擬改質ガスを製造する場合、改質ガス原料としてC38:O2:N2を1:1.5:6の割合で用いるとすると、模擬改質ガス製造用材料として例えばH2,CO2,CH4,N2を1:1.5:1.5:6の割合で使用すればよい。上述した灯油の部分酸化改質によって得られる改質ガスに準ずる模擬改質ガスを製造する場合、改質ガス原料としてC1122:O2:N2を1:5.5:22の割合で用いるとすると、模擬改質ガス製造用材料として、例えばCO2,CH4,N2を5.5:5.5:22の割合で使用すればよい。 In the case of producing a simulated reformed gas according to the reformed gas obtained by partial oxidation reforming of butane, it is assumed that C 4 H 10 : O 2 : N 2 is used at a ratio of 1: 2: 8 as a reformed gas raw material. For example, H 2 , CO 2 , CH 4 , and N 2 may be used at a ratio of 1: 2: 2: 8 as a material for producing the simulated reformed gas. Further, when producing a simulated reformed gas according to the reformed gas obtained by partial oxidation reforming of propane, the ratio of C 3 H 8 : O 2 : N 2 is 1: 1.5: 6 as the reformed gas raw material . When used, the simulated reformed gas as a material for the production example H 2, CO 2, CH 4 , N 2 1:. 1 5:. 1 5: may be used in 6 ratio. When producing the simulated reformed gas according to the reformed gas obtained by the partial oxidation reforming of kerosene described above, the ratio of C 11 H 22 : O 2 : N 2 is 1: 5.5: 22 as the reformed gas raw material . When used as a simulated reformed gas production ingredients such as CO 2, CH 4, N 2 5 5:.. 5 may be used in a ratio of 5:22.

本実施形態における燃料電池試験装置10の運転に関する制御手順を図3に示す。すなわち、S11のステップにて緊急停止モードであるか否かを判定し、緊急停止モードであると判断した場合、S12のステップに移行して燃料電池試験装置10の緊急停止を行い、すべての作業を終了する。S12のステップにおける緊急停止は、すべての開閉弁61〜68を閉止すると共にすべてのヒータ25,29,32に対する通電を停止し、さらに負荷発生部17の接続を遮断することを含む。   FIG. 3 shows a control procedure related to the operation of the fuel cell test apparatus 10 in the present embodiment. That is, in step S11, it is determined whether or not the emergency stop mode is set. If it is determined that the emergency stop mode is set, the process proceeds to step S12 to perform the emergency stop of the fuel cell test apparatus 10 and perform all operations. Exit. The emergency stop in step S12 includes closing all the on-off valves 61 to 68, stopping energization of all the heaters 25, 29, and 32, and further cutting off the connection of the load generating unit 17.

S11のステップにて緊急停止モードではないと判断した場合には、S13のステップに移行して運転停止モードであるか否かを判定し、運転停止モードであると判断した場合にはS14のステップに移行して運転停止処理を行う。   If it is determined in step S11 that the mode is not the emergency stop mode, the process proceeds to step S13 to determine whether or not the mode is the operation stop mode. If it is determined that the mode is the operation stop mode, step S14 is performed. The operation is stopped and the operation is stopped.

S14のステップにおけるこの運転停止処理の手順を図4に示す。ここでは、まずS141のステップにて定常運転状態にあるか否かを判定し、定常運転状態であると判断した場合には、S142のステップに移行して起動運転モードに切り換える。そして、S143のステップに移行して第1温度センサ27によって検出される温度TFが閾値TFLよりも低いか否かを判定する。一方、S141のステップにて定常運転状態にないと判断した場合には、S144のステップに移行して今度は起動運転状態であるか否かを判断する。ここで、起動運転状態であると判断した場合には、先のS143のステップに移行して第1温度センサ27によって検出される温度TFが閾値TFLよりも低いか否かを判定する。ここで、燃料電池本体24の温度TFが閾値TFL以上である、すなわちこの状態にて運転を停止すると、燃料電池本体24が損傷を受ける可能性があると判断した場合には、再びS141のステップに戻り、先の処理が反復される。このようにしてS143のステップにて温度TFが閾値TFLよりも低いと判断した場合、S145のステップに移行して運転停止処理を行い、この運転停止処理のサブルーチンを終了する。また、S144のステップにて起動運転状態ではないと判断した場合にも、S145のステップに移行して運転停止処理を行う。 FIG. 4 shows the procedure of the operation stop process in step S14. Here, it is first determined in step S141 whether or not the vehicle is in a steady operation state. If it is determined that the vehicle is in a steady operation state, the process proceeds to step S142 to switch to the start-up operation mode. Then, it is determined whether or not lower than the temperature T F is the threshold T FL detected by the first temperature sensor 27 goes to S143 steps. On the other hand, if it is determined in step S141 that the vehicle is not in the steady operation state, the process proceeds to step S144 and it is determined whether or not it is in the startup operation state. Here, when it is determined that the startup operation state determines whether or not the temperature T F which is detected by the first temperature sensor 27 goes to the previous S143 step is lower than the threshold T FL. Here, if it is determined that the temperature T F of the fuel cell body 24 is equal to or higher than the threshold value T FL , that is, if the operation is stopped in this state, the fuel cell body 24 may be damaged, the process again is S141. Returning to this step, the previous processing is repeated. If this temperature T F at S143 step in the is determined to be lower than the threshold value T FL, performs shutdown processing proceeds to S145 step, the subroutine is ended in this shutdown process. Also, when it is determined in step S144 that it is not in the start-up operation state, the process proceeds to step S145 and the operation stop process is performed.

S13のステップにて運転停止モードではないと判断した場合には、S15のステップに移行して圧力センサ77,78による配管44,50内の圧力PSが閾値PHよりも大きいか否かを判定する。ここで、検出圧力PSが閾値PHよりも大きい、すなわち水蒸気発生部14内の圧力に異常があると判断した場合には、S16のステップに移行し、第1非常運転を実行し、さらにS17のステップにて異常警報表示器83により異常警告を行い、S11のステップに戻る。 If it is determined that it is not the operation stop mode in S13 step, whether the pressure P S in the piping 44, 50 by the pressure sensors 77 and 78 goes to step S15 is larger than the threshold value P H judge. Here, when it is determined that the detected pressure P S is larger than the threshold value P H , that is, there is an abnormality in the pressure in the water vapor generating unit 14, the process proceeds to step S16, and the first emergency operation is performed. In step S17, an abnormality warning is given by the abnormality alarm indicator 83, and the process returns to step S11.

S15のステップにて配管44,50内の圧力PSが閾値PH以下であると判断した場合には、S18のステップに移行して今度は窒素タンク38内の圧力PNが閾値PL1よりも低いか否かを判定する。ここで、圧力PNが閾値PL1よりも低い、すなわち各開閉弁61〜68の閉弁動作を確実に行うことが困難であると判断した場合には、S19のステップに移行して第2非常運転を実行し、先のS17のステップに移行する。 If it is determined in step S15 that the pressure P S in the pipes 44 and 50 is equal to or lower than the threshold value P H , the process proceeds to step S18 and this time the pressure P N in the nitrogen tank 38 is greater than the threshold value P L1 . It is determined whether it is low. If it is determined that the pressure P N is lower than the threshold value P L1 , that is, it is difficult to reliably perform the closing operation of each of the on-off valves 61 to 68, the process proceeds to step S19 and the second The emergency operation is executed, and the process proceeds to step S17.

S18のステップにて圧力PNが閾値PL1以上である、すなわち各開閉弁61〜68の開閉を確実に行うことができると判断した場合には、S20のステップに移行して各タンク34〜41内の圧力PXが閾値PL2よりも低いか否かを判定する。ここで、圧力PXが閾値PL2よりも低い、すなわちタンク34〜41が空になっていると判断した場合には、S21のステップに移行して第3非常運転を実行し、先のS17のステップに移行する。 If it is determined in step S18 that the pressure P N is equal to or higher than the threshold value P L1 , that is, the on-off valves 61 to 68 can be reliably opened and closed, the process proceeds to step S20 and the tanks 34 to 34 are transferred. It is determined whether or not the pressure P X in 41 is lower than the threshold value P L2 . If it is determined that the pressure P X is lower than the threshold value P L2 , that is, the tanks 34 to 41 are empty, the process proceeds to step S21 to execute the third emergency operation, and the previous S17. Move on to the step.

同様に、S20のステップにて各タンク34〜41内の圧力PXが閾値PL2以上である、つまりタンク34〜41が空になっていないと判断した場合には、S22のステップに移行し、エアフローメータ21によって検出される排気流量AEが閾値ALよりも少ないか否かを判定する。ここで、排気流量AEが閾値ALよりも少ない、すなわち排気ファン20に異常があると判断した場合には、先のS21のステップに移行して第3非常運転を実行する。 Similarly, if it is determined in step S20 that the pressure P X in each of the tanks 34 to 41 is equal to or higher than the threshold value P L2 , that is, the tanks 34 to 41 are not empty, the process proceeds to step S22. Then, it is determined whether or not the exhaust flow rate A E detected by the air flow meter 21 is smaller than the threshold value A L. Here, when it is determined that the exhaust flow rate A E is smaller than the threshold value A L , that is, the exhaust fan 20 is abnormal, the process proceeds to the previous step S21 and the third emergency operation is performed.

S22のステップにて排気流量AEが閾値AL以上である、すなわち排気ファン20が正常に働いていると判断した場合には、S23のステップに移行して水素ガス濃度FHが閾値FHLよりも高いか否かを判定する。ここで、水素ガス濃度FHが閾値FHLよりも高い、すなわち作業雰囲気である試験室11内の水素ガス濃度が高すぎると判断した場合には、S24のステップに移行して第4非常運転を実行し、先のS17のステップに移行する。 If it is determined in step S22 that the exhaust gas flow rate A E is equal to or greater than the threshold value A L , that is, the exhaust fan 20 is operating normally, the process proceeds to step S23 and the hydrogen gas concentration F H is set to the threshold value F HL. It is determined whether it is higher. Here, when it is determined that the hydrogen gas concentration F H is higher than the threshold value F HL , that is, the hydrogen gas concentration in the test chamber 11 that is the working atmosphere is too high, the process proceeds to step S24 and the fourth emergency operation is performed. To move to the previous step of S17.

S23のステップにて水素ガス濃度FHが閾値FHL以下である、すなわち試験室11内が安全であると判断した場合には、S25のステップに移行して定常運転モードであるか否かを判定する。ここで、定常運転モードが選択されていると判断した場合、S26のステップに移行して定常運転処理を行い、定常運転モードが選択されていないと判断した場合にはS27のステップに移行して起動運転処理を行う。 If it is determined in step S23 that the hydrogen gas concentration F H is equal to or lower than the threshold value F HL , that is, the inside of the test chamber 11 is safe, the process proceeds to step S25 to determine whether or not the steady operation mode is set. judge. Here, when it is determined that the steady operation mode is selected, the process proceeds to step S26 and the steady operation process is performed. When it is determined that the steady operation mode is not selected, the process proceeds to step S27. Perform startup operation processing.

S27のステップにおける定常運転の処理手順を図5に示す。ここでは、まず、S261のステップにて燃料電池本体24温度TFが閾値TFLよりも低いか否かを判定し、温度TFが閾値TFLよりも低い、すなわち燃料電池本体24に異常があると判断した場合には、S262のステップに移行して先の第4非常運転を行い、さらにS263のステップにて異常警報表示器83により異常警告を行い、この定常運転処理のサブルーチンを終える。 FIG. 5 shows the procedure for steady operation in step S27. Here, first, it is determined whether the fuel cell body 24 if the temperature T F is below the threshold T FL at step S261, is lower than the temperature T F is the threshold T FL, that is, abnormality in the fuel cell main body 24 If it is determined that there is, the process proceeds to step S262, the fourth emergency operation is performed, and an abnormality warning is given by the abnormality alarm indicator 83 in step S263, and the routine of this steady operation process is completed.

また、S261のステップにて温度TFが閾値TFL以上である、すなわち燃料電池本体24が正常であると判断した場合には、S264のステップにて加熱反応部13の温度TRが閾値TRLよりも低いか否かを判定する。ここで、温度TRが閾値TRLよりも低い、すなわち加熱反応部13が正常に働いていないと判断した場合には、先のS262のステップに移行して第4非常運転を実行する。 If it is determined in step S261 that the temperature T F is equal to or higher than the threshold value T FL , that is, the fuel cell body 24 is normal, the temperature T R of the heating reaction unit 13 is set to the threshold value T in step S264. Determine whether it is lower than RL . Here, the temperature T R is below the threshold T RL, i.e. when the thermal reaction unit 13 determines that not working properly, performing a fourth emergency operation proceeds to the previous S262 step.

さらに、S264のステップにて加熱反応部13の温度TRが閾値TRL以上である、すなわち加熱反応部13が正常に働いていると判断した場合には、S265のステップに移行して一酸化炭素濃度FCが閾値FCLよりも高いか否かを判定する。ここで、一酸化炭素濃度FCが閾値FCLよりも高いと判断した場合には、作業雰囲気である試験室11内の安全性を考慮して先のS262のステップに移行し、第4非常運転を実行する。 Further, when it is determined in step S264 that the temperature T R of the heating reaction unit 13 is equal to or higher than the threshold T RL , that is, the heating reaction unit 13 is operating normally, the process proceeds to step S265 and monoxide is oxidized. It is determined whether or not the carbon concentration F C is higher than the threshold value F CL . Here, when it is determined that the carbon monoxide concentration F C is higher than the threshold value F CL , the process proceeds to the previous step S262 in consideration of the safety in the test chamber 11 which is the working atmosphere, and the fourth emergency Run the operation.

一方、S265のステップにて一酸化炭素濃度FCが閾値FCL以下である、すなわち試験室11内が安全であると判断した場合には、S267のステップに移行して水蒸気発生部14の温度TSが閾値TSLよりも低いか否かを判定する。ここで、温度TSが閾値TSLよりも低い、すなわち水蒸気発生部14が正常に働いていないと判断した場合には、S268のステップに移行して第5非常運転を実行し、先のS263のステップにて異常警報表示器83により異常警告を行う。 On the other hand, if it is determined in step S265 that the carbon monoxide concentration F C is equal to or less than the threshold value F CL , that is, the inside of the test chamber 11 is safe, the process proceeds to step S267 and the temperature of the water vapor generating unit 14 is increased. It is determined whether T S is lower than the threshold T SL . Here, when the temperature T S is lower than the threshold value T SL , that is, when it is determined that the water vapor generation unit 14 is not operating normally, the process proceeds to step S268 to execute the fifth emergency operation, and the previous S263. In step, an abnormality warning is given by the abnormality alarm indicator 83.

S267のステップにて水蒸気発生部14の温度TSが閾値TSL以上である、すなわち水蒸気発生部14が正常に働いていると判断した場合には、S269のステップに移行して定常運転を実行する。 When it is determined in step S267 that the temperature T S of the water vapor generation unit 14 is equal to or higher than the threshold value T SL , that is, the water vapor generation unit 14 is operating normally, the process proceeds to step S269 and the steady operation is performed. To do.

例えば、定常運転モードにおいて先の灯油の水蒸気改質に対応した模擬改質ガスを製造して実際に試験を行う場合、最初に水素および酸素を200℃に加熱した水蒸気発生部14の容器本体31に供給し、水素ガスを過剰に含む水蒸気を二酸化炭素と混合し、Ru/Al23触媒が収容され、450〜650℃に加熱された加熱反応部13の反応器本体28に供給して模擬改質ガスを得る。得られる模擬改質ガスの組成はガス分析器にて分析することができる。 For example, when a simulated reformed gas corresponding to the steam reforming of the previous kerosene is manufactured in the steady operation mode and actually tested, the container body 31 of the steam generating unit 14 in which hydrogen and oxygen are first heated to 200 ° C. The water vapor containing hydrogen gas in excess is mixed with carbon dioxide, and the Ru / Al 2 O 3 catalyst is accommodated and supplied to the reactor main body 28 of the heating reaction section 13 heated to 450 to 650 ° C. A simulated reformed gas is obtained. The composition of the resulting simulated reformed gas can be analyzed with a gas analyzer.

目標となる改質ガスと本実施形態により得られる模擬改質ガスとを比較した結果、同一の温度条件下では灯油に対する水蒸気のモル比が12以上の場合、改質ガスの組成と模擬改質ガスの組成とが1モル%以下の範囲で良好に一致した。灯油に対する水蒸気のモル比が36の場合における擬似改質ガスの組成を表3に示す。単位はすべてモル%である。   As a result of comparing the target reformed gas with the simulated reformed gas obtained by the present embodiment, when the molar ratio of water vapor to kerosene is 12 or more under the same temperature condition, the composition of the reformed gas and the simulated reformed gas The gas composition agreed well within the range of 1 mol% or less. Table 3 shows the composition of the pseudo reformed gas when the molar ratio of water vapor to kerosene is 36. All units are mol%.

Figure 2009205882
Figure 2009205882

上述したRu/Al23触媒に代えてPt/SiO2触媒を加熱反応部13で用いた場合、上述したものと同一の実験条件で得られる模擬改質ガスのガス組成が目標とする改質ガスの組成に対して大きくずれてしまった。このため、加熱反応部13で用いられる触媒の選択も重要であり、目標となる改質ガスの組成に対して同じ組成の模擬改質ガスが得られるように、適当な触媒の選択が必要となろう。 When a Pt / SiO 2 catalyst is used in the heating reaction section 13 instead of the Ru / Al 2 O 3 catalyst described above, the target reformed gas composition of the simulated reformed gas obtained under the same experimental conditions as described above. There was a large deviation from the composition of the gas. For this reason, the selection of the catalyst used in the heating reaction section 13 is also important, and it is necessary to select an appropriate catalyst so that a simulated reformed gas having the same composition as the target reformed gas composition can be obtained. Become.

なお、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。   It should be noted that the present invention should be construed only from the matters described in the claims, and in the above-described embodiment, all the changes and modifications included in the concept of the present invention are other than those described. Is possible. That is, all matters in the above-described embodiment are not intended to limit the present invention, and include any configuration not directly related to the present invention. To get.

本発明による燃料電池試験装置をSOFCに応用した一実施形態の概念図である。1 is a conceptual diagram of an embodiment in which a fuel cell test apparatus according to the present invention is applied to SOFC. 図1に示した実施形態の制御ブロック図である。FIG. 2 is a control block diagram of the embodiment shown in FIG. 1. 図1に示した実施形態における制御手順を表すフローチャートである。It is a flowchart showing the control procedure in embodiment shown in FIG. 図3に示したフローチャートにおける運転停止処理の手順を表すフローチャートである。It is a flowchart showing the procedure of the operation stop process in the flowchart shown in FIG. 図3に示したフローチャートにおける定常運転処理の手順を表すフローチャートである。It is a flowchart showing the procedure of the steady operation process in the flowchart shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10 燃料電池試験装置
11 試験室
12 発電部
13 加熱反応部
14 水蒸気発生部
15 材料供給部
16 ガス分析部
17 負荷発生部
18 制御装置
19 排気ダクト
20 排気ファン
21 エアフローメータ
22 一酸化炭素ガス濃度センサ
23 水素ガス濃度センサ
24 燃料電池本体
25 第1ヒータ
26 セル
27 第1温度センサ
28 反応器本体
29 第2ヒータ
30 第2温度センサ
31 容器本体
32 第3ヒータ
33 第3温度センサ
34〜41 タンク
42〜52 配管
53〜60 質量流量計
61〜68 開閉弁
69〜78 圧力センサ
79〜82 スイッチ
83 異常警報表示器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel cell test apparatus 11 Test room 12 Electric power generation part 13 Heating reaction part 14 Water vapor generation part 15 Material supply part 16 Gas analysis part 17 Load generation part 18 Control apparatus 19 Exhaust duct 20 Exhaust fan 21 Air flow meter 22 Carbon monoxide gas concentration sensor 23 Hydrogen gas concentration sensor 24 Fuel cell main body 25 First heater 26 Cell 27 First temperature sensor 28 Reactor main body 29 Second heater 30 Second temperature sensor 31 Container main body 32 Third heater 33 Third temperature sensor 34-41 Tank 42 -52 Piping 53-60 Mass flow meter 61-68 On-off valve 69-78 Pressure sensor 79-82 Switch 83 Abnormal alarm indicator

Claims (13)

燃料電池に供給される改質ガスの原料の元素組成に応じて水素,酸素または水,二酸化炭素,窒素,メタンのうちの少なくとも2種類以上の材料の混合比を設定するステップと、
混合比が設定された少なくとも2種類以上の材料を加熱して前記改質ガスに準じた模擬改質ガスを得るステップと
を具えたことを特徴とする模擬改質ガス製造方法。
Setting a mixing ratio of at least two kinds of materials of hydrogen, oxygen or water, carbon dioxide, nitrogen, methane according to the elemental composition of the reformed gas supplied to the fuel cell;
And a step of heating at least two kinds of materials having a set mixing ratio to obtain a simulated reformed gas according to the reformed gas.
混合比が設定された少なくとも2種類以上の材料を加熱する温度が前記改質ガスを得る際の改質温度であることを特徴とする請求項1に記載の模擬改質ガス製造方法。   The method for producing a simulated reformed gas according to claim 1, wherein the temperature at which at least two kinds of materials set with a mixing ratio are heated is a reforming temperature when the reformed gas is obtained. 少なくとも2種類以上の材料が水素と酸素とメタンとを含む場合、水素と酸素とを加熱して水蒸気を得るステップと、
得られた水蒸気を含むガスをメタンと共に前記加熱反応器に導くステップと
を具えたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の模擬改質ガス製造方法。
When at least two kinds of materials contain hydrogen, oxygen and methane, heating the hydrogen and oxygen to obtain water vapor;
The method for producing a simulated reformed gas according to claim 1, further comprising the step of introducing the obtained gas containing water vapor to the heating reactor together with methane.
前記改質ガスに存在して前記模擬改質ガスに存在しない成分を前記模擬改質ガスに添加するステップをさらに具えたことを特徴とする請求項1から請求項3の何れかに記載の模擬改質ガス製造方法。   The simulation according to any one of claims 1 to 3, further comprising a step of adding a component that is present in the reformed gas but is not present in the simulated reformed gas to the simulated reformed gas. Modified gas production method. 水素,酸素または水,二酸化炭素,窒素,メタンが供給される複数の材料供給通路と、
燃料電池に供給される改質ガスの原料の元素組成に応じて前記複数の材料供給通路内を流れる材料の流量を制御する制御手段と、
前記複数の材料供給通路からの材料が導かれる入口および前記改質ガスに準じた模擬改質ガスの出口およびヒータを有し、前記改質ガスに準じた模擬改質ガスを得る加熱反応器と
を具えたことを特徴とする模擬改質ガス製造装置。
A plurality of material supply passages supplied with hydrogen, oxygen or water, carbon dioxide, nitrogen, methane;
Control means for controlling the flow rate of the material flowing in the plurality of material supply passages according to the elemental composition of the raw material of reformed gas supplied to the fuel cell;
A heating reactor having an inlet through which the material from the plurality of material supply passages is guided, a simulated reformed gas outlet according to the reformed gas, and a heater, and obtaining the simulated reformed gas according to the reformed gas; An apparatus for producing a simulated reformed gas, comprising:
水素および酸素の前記材料供給通路から水素および酸素が導かれる入口と、前記加熱反応器の入口に連通路を介して連通する出口と、ヒータとを有し、水素と酸素とを反応させて水蒸気を得るための水蒸気発生器をさらに具え、
メタンガス用の前記材料供給通路が前記連通路に連通していることを特徴とする請求項5に記載の模擬改質ガス製造装置。
An inlet through which hydrogen and oxygen are introduced from the material supply passage of hydrogen and oxygen, an outlet communicating with the inlet of the heating reactor via a communication passage, and a heater, and reacting the hydrogen and oxygen with water vapor Further comprising a steam generator for obtaining
6. The simulated reformed gas production apparatus according to claim 5, wherein the material supply passage for methane gas communicates with the communication passage.
前記水蒸気発生器は、本体と、この本体内に収容される酸化触媒と、この酸化触媒または前記本体の温度を検出するための温度センサとをさらに有し、前記ヒータは前記本体を取り囲むように配設されて前記酸化触媒を加熱するためのものであり、前記制御手段は前記温度センサによる検出信号に基づいて前記ヒータの作動を制御することを特徴とする請求項6に記載の模擬改質ガス製造装置。   The steam generator further includes a main body, an oxidation catalyst accommodated in the main body, and a temperature sensor for detecting the temperature of the oxidation catalyst or the main body, and the heater surrounds the main body. 7. The simulated reforming according to claim 6, wherein the simulator is arranged to heat the oxidation catalyst, and the control means controls the operation of the heater based on a detection signal from the temperature sensor. Gas production equipment. 前記本体または前記酸化触媒の温度が予め設定した第1の温度よりも低いか、あるいは予め設定した第2の温度よりも高い場合、前記制御手段は酸素用の前記材料供給通路が閉止されるように制御することを特徴とする請求項7に記載の模擬改質ガス製造装置。   When the temperature of the main body or the oxidation catalyst is lower than a preset first temperature or higher than a preset second temperature, the control means causes the material supply passage for oxygen to be closed. 8. The simulated reformed gas production apparatus according to claim 7, wherein 前記水蒸気発生器の入口側の圧力を検出するための圧力センサをさらに具え、前記制御手段はこの圧力センサによって検出される圧力が所定圧を越えた場合、すべての前記材料供給通路が閉止されるように制御することを特徴とする請求項6から請求項8の何れかに記載の模擬改質ガス製造装置。   The apparatus further comprises a pressure sensor for detecting the pressure on the inlet side of the water vapor generator, and the control means closes all the material supply passages when the pressure detected by the pressure sensor exceeds a predetermined pressure. The simulated reformed gas production apparatus according to any one of claims 6 to 8, wherein the apparatus is controlled as follows. 前記加熱反応器の出口側に連通し、前記改質ガスに存在して前記模擬改質ガスに存在しない成分を前記模擬改質ガスに添加するための添加成分供給通路をさらに具えたことを特徴とする請求項5から請求項9の何れかに記載の模擬改質ガス製造装置。   The apparatus further comprises an additive component supply passage that communicates with the outlet side of the heating reactor and that is added to the simulated reformed gas and that is present in the reformed gas but not in the simulated reformed gas. The simulated reformed gas production apparatus according to any one of claims 5 to 9. 請求項1から請求項4の何れかに記載の模擬改質ガス製造方法か、請求項5から請求項10の何れかに記載の模擬改質ガス製造装置により得られる模擬改質ガスを用いた燃料電池試験装置。   The simulated reformed gas obtained by the simulated reformed gas production method according to any one of claims 1 to 4 or the simulated reformed gas production apparatus according to any one of claims 5 to 10 was used. Fuel cell testing device. 作業雰囲気中の一酸化炭素ガス濃度を検出する一酸化炭素ガス濃度センサをさらに具え、前記制御装置は、前記一酸化炭素濃度センサによって検出される一酸化炭素ガス濃度が所定値を越えた場合、二酸化炭素およびメタン用の前記材料供給通路が閉止されるように制御することを特徴とする請求項11に記載の燃料電池試験装置。   Further comprising a carbon monoxide gas concentration sensor for detecting a carbon monoxide gas concentration in a working atmosphere, the control device, when the carbon monoxide gas concentration detected by the carbon monoxide concentration sensor exceeds a predetermined value, 12. The fuel cell test apparatus according to claim 11, wherein the material supply passage for carbon dioxide and methane is controlled to be closed. 作業雰囲気中の水素ガス濃度を検出する水素ガス濃度センサをさらに具え、前記制御装置は、前記水素ガス濃度センサによって検出される水素ガス濃度が所定値を越えた場合、二酸化炭素およびメタン用の前記材料供給通路が閉止されるように制御する一方、4%以下の水素を含む窒素が前記加熱反応器に導かれるように、水素および窒素用の前記材料供給通路内を流れる水素および窒素の流量を制御することを特徴とする請求項11または請求項12に記載の燃料電池試験装置。   A hydrogen gas concentration sensor for detecting a hydrogen gas concentration in a working atmosphere is further provided, and the control device is configured to detect the carbon gas and methane when the hydrogen gas concentration detected by the hydrogen gas concentration sensor exceeds a predetermined value. The flow rate of hydrogen and nitrogen flowing in the material supply passage for hydrogen and nitrogen is controlled so that the material supply passage is closed while nitrogen containing 4% or less of hydrogen is introduced into the heating reactor. 13. The fuel cell test apparatus according to claim 11, wherein the fuel cell test apparatus is controlled.
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