JP2003327409A

JP2003327409A - 燃料処理システムおよびその運転方法

Info

Publication number: JP2003327409A
Application number: JP2002135705A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Odai; 佳明尾台; Mitsuie Matsumura; 光家松村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-05-10
Filing date: 2002-05-10
Publication date: 2003-11-19
Anticipated expiration: 2022-05-10
Also published as: JP4038390B2

Abstract

(57)【要約】【課題】意図しない理由により原燃料または原料水
（スチーム）の流量が設定値からずれた場合、これを検
出、対処することにより、安定な運転およびシステムの
保護を可能にする燃料処理システムおよびその運転方法
の提供。【解決手段】炭化水素、アルコール類またはエーテル
類を含む原燃料と原料水またはスチームを水素リッチな
燃料ガスに変換する燃料処理システムにおいて、燃料処
理システムが、燃料ガスの露点温度測定手段１５と、露
点温度に基づき原燃料流量、あるいは水またはスチーム
流量を推定する演算手段１６と、演算結果に基づき原燃
料流量、あるいは水またはスチーム流量を調節する流量
調節手段２，５とを設けたことを特徴とする燃料処理シ
ステム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料処理システム
およびその運転方法に関するものであり、詳しくは、意
図しない理由により原燃料または原料水（スチーム）の
流量が設定値からずれた場合、これを検出、対処するこ
とにより、安定な運転およびシステムの保護を可能にす
る燃料処理システムおよびその運転方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】図７は、第１の従来例として、特開２０
０１−３２５９７５号公報に示された従来の燃料処理シ
ステムの一例を説明するための図である。図７におい
て、原燃料ガス供給ライン１０１から原燃料ガス流量制
御弁１０２および脱硫器７を介して改質反応器１１に原
燃料ガスが供給され、また、スチーム供給ライン１０４
からスチーム制御弁１０５を介して、改質反応器１１に
スチームが供給される。改質反応器１１において改質反
応が行われ（例えば反応温度500−800℃においてCH ₄とH
₂Oとが反応しH₂、CO、CO₂、CH₄、H₂Oが生じる反応）、
改質されたガスはＣＯ変成器（シフト反応器）１２を介
して燃料電池本体９に供給される。原燃料ガス供給ライ
ン１０１は、原燃料ガス流量計３を備える。また、スチ
ーム供給ライン１０４はスチーム流量計６を備える。さ
らに、原燃料ガス流量制御弁１０２の開度を調節するた
めの調節器１０３と、スチーム制御弁１０５の開度を調
節するための調節器１０６とが設けられ、後述する演算
装置１６と前記各調節器１０３および１０６により演算
調節装置を構成している。演算装置１６はシステム全体
を制御する計算機内に組み込まれており、原燃料ガス供
給流量およびスチーム供給流量の測定値と原燃料ガス供
給流量およびスチーム供給流量の指令値とを入力するよ
うに構成されている。次に、動作について説明する。要
求負荷に応じて燃料電池本体９に必要な水素量が決ま
り、原燃料ガス流量制御弁１０２の調節器１０３の水素
流量設定値の変更を行う。この設定値変更によって調節
器１０３は制御弁１０２に開閉信号の変化を与え、バル
ブの開度が変化することによって原燃料ガス流量が増減
し、流量計３の測定値が変化する。この弁開度と流量測
定値は演算装置１６に入力され、改質反応器１１入口の
スチームカーボン比S／Cの演算値と燃料電池本体９入口
の水素流量とが計算され、これらが設定値になるよう
に、原燃料とスチームの流量が制御される。

【０００３】また、図８は、第２の従来例として、特開
平５−２７５１０１号公報に開示された燃料処理システ
ムを説明するための図である。図８において５は原料水
を供給するポンプであり、１１０は熱交換器であり、他
の部分は前述の第１の従来例と同様であり同一の符号を
付して説明は省略する。ここでは、第１の従来例におい
てスチームを供給していたのに対して、原料水をポンプ
５により供給し、熱交換器１１０により加熱してスチー
ムを生成し、燃料処理装置８に供給する。ここでは、供
給流量の制御方法については明示されていないが、流量
計を用いないとすれば、一定の流量を供給するためには
定量ポンプすなわちポンプに与えた信号により決まった
流量を流せるポンプが必要となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般的に流量計は長期
間使用していると経時変化により流量測定値が実際の流
量からずれてきたり、故障により正しくない値を表示し
てしまうことがある。故障の場合、測定値が０やオーバ
ーレンジとなれば判断もできるが、例えば一定の値を出
力し続けるような場合は演算装置１６は、故障とは判断
できない。従来の燃料処理システムは以上のように構成
されていたため、流量計の経時変化や故障の場合は、原
燃料またはスチームの流量が本来流すべき流量からずれ
た状態で運転されてしまうという問題があった。特に、
原燃料とスチームとの割合を示すスチームカーボン比S
／Cは重要であり、通常、原燃料に都市ガスを用いる場
合はS／Cは２ないし４程度、原燃料にメタノールを用い
る場合には１ないし２程度が用いられるが、システムと
して設計されたS／Cより小さくなると、改質反応器にお
いてカーボンの析出が生じ、改質反応器の性能劣化さら
には動作不能になることもあり、絶対に避けなければな
らない。しかし、例えば第１の従来例の燃料処理システ
ムでは、例えばスチームの流量計６の測定値が実際より
大きい値が表示されるように変化してしまった場合、測
定値が設定したい値になるように制御弁１０５を絞るよ
うに動作し、S／Cの小さい状態で動作させてしまうとい
う危険があった。また、第２の従来例の場合も、経時変
化等によりポンプの定量性が狂ってきた場合には全く対
応できず、流量の設定値からのずれが検出できないとい
う問題があった。

【０００５】本発明は上記のような問題点を解消するた
めになされたものであり、意図しない理由により原燃料
または原料水（スチーム）の流量が設定値からずれた場
合、これを検出、対処することにより、安定な運転およ
びシステムの保護を可能にする燃料処理システムおよび
その運転方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、炭化
水素、アルコール類またはエーテル類を含む原燃料と原
料水またはスチームを水素リッチな燃料ガスに変換する
燃料処理システムにおいて、前記燃料処理システムが、
前記燃料ガスの露点温度測定手段と、露点温度に基づき
原燃料流量、あるいは水またはスチーム流量を推定する
演算手段と、演算結果に基づき原燃料流量、あるいは水
またはスチーム流量を調節する流量調節手段とを設けた
ことを特徴とする燃料処理システムである。請求項２の
発明は、前記演算結果に基づき原燃料流量、あるいは水
またはスチーム流量が異常であると判断された場合に、
前記異常を連絡する警報手段を設けたことを特徴とする
請求項１に記載の燃料処理システムである。請求項３の
発明は、燃料処理システムが、原燃料と原料水またはス
チームを改質反応により水素リッチな燃料ガスに変換す
る改質反応器を含み、露点温度測定手段が、前記改質反
応器の下流に設置されていることを特徴とする請求項１
または２に記載の燃料処理システムである。請求項４の
発明は、露点温度測定手段が、燃料ガスの温度測定手段
であり、測定された前記燃料ガスの温度結果から、露点
温度を推定することを特徴とする請求項３に記載の燃料
処理システムである。請求項５の発明は、複数の温度測
定手段が、改質反応器の下流に設置されていることを特
徴とする請求項４に記載の燃料処理システムである。請
求項６の発明は、改質反応器の下流において、燃料ガス
が流れる流通経路の断熱性を調整し、燃料ガス中のスチ
ームの一部が、最下流に設置された温度測定手段に到達
するまでに凝縮するようにしたことを特徴とする請求項
５に記載の燃料処理システムである。請求項７の発明
は、炭化水素、アルコール類またはエーテル類を含む原
燃料と原料水またはスチームを水素リッチな燃料ガスに
変換する燃料処理システムの運転方法において、前記燃
料ガスの露点温度を測定し、前記露点温度に基づき原燃
料流量、あるいは水またはスチーム流量を推定し、推定
結果に基づき原燃料流量、あるいは水またはスチーム流
量が異常であると判断された場合に、前記異常を連絡す
る警報を発するか、あるいは、異常を連絡する警報を発
するとともに、前記推定結果に基づき前記原燃料流量あ
るいは水またはスチーム流量を調節することを特徴とす
る燃料処理システムの運転方法である。請求項８の発明
は、燃料処理システムが、原燃料と原料水またはスチー
ムを改質反応により水素リッチな燃料ガスに変換する改
質反応器を含み、露点温度が、前記改質反応器の下流に
流れる燃料ガスの温度から推定されるとともに、前記原
燃料の流量、あるいは前記燃料処理システムの周囲温度
に基づき、燃料ガス温度を補正し、燃料ガスの露点温度
を推定することを特徴とする請求項７に記載の燃料処理
システムの運転方法である。

【０００７】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は本発明の実
施の形態１による燃料処理システムを説明するための図
である。実施の形態１では原燃料として都市ガスを用い
ている。図１において、１は原燃料である都市ガス供給
ラインであり、２は都市ガスを燃料処理装置に供給する
都市ガスブロワであり原燃料の流量調節手段を兼ねてお
り、３は都市ガスの流量を測定するための流量計であ
る。また、４は原料水を貯えたタンクであり、原料水が
使用されて水位が減少した場合は自動的に補充されるよ
うに構成されている。５は原料水を燃料処理装置に供給
するとともにその供給流量を調節する流量調節手段とし
てのポンプである。６は原料水の流量を測定するための
流量計であり、ここでは液体マスフローメータを使用し
ているが外部出力があればロータメータタイプのもの等
他の方式のものでも構わない。７は脱硫器、８は燃料処
理装置、９は燃料電池本体であり、１４は燃料処理装置
８から排出された燃料ガスが流通する燃料ガス流通経路
である。燃料処理装置８は、ここでは、原料水を蒸発さ
せる蒸発部１０、改質反応により原燃料の都市ガスと原
料水とから水素リッチガスを生成する改質反応器１１、
シフト反応によりＣＯを１％以下のレベルにまで低減す
るシフト反応器１２、さらに選択的にＣＯを酸化させて
ＣＯを10ppm程度まで除去するＣＯ酸化器１３等から構
成されているが、これらは一体構造であっても別々の反
応器であっても一部が一体構造でもよく、またこれらの
機能が全部そろっていなくてはならないわけでもない。
燃料電池本体９は加湿器を含むものであってもよい。１
５は燃料処理装置８の出口に近い燃料ガス流通経路１４
内に設置された露点温度測定手段であり、公知の高分子
膜方式のセンサー式露点計が用いられている。これは、
高分子膜を誘電体としてコンデンサを形成させ、相対湿
度の変化量（水分の吸脱湿）を静電容量の変化として捉
えることを利用しているもので、比較的小型で高湿度領
域まで測定可能であるため本用途に適している。ただ
し、方式はこれに限定されるものではない。１６は演算
手段であり、露点温度測定手段１５、流量計３、および
流量計６の出力信号を取り込み、都市ガスブロワ２およ
び原料水ポンプ５に対し駆動信号を与えるものである。
また、１７は警報手段である。

【０００８】次に、動作について説明する。まず燃料電
池本体９で必要な水素量を発生させるための原燃料の必
要流量が決定される。流量計３による測定値が必要流量
（設定値）になるように都市ガスブロワ２が運転され
る。都市ガスは脱硫器７により付臭剤が取り除かれ燃料
処理装置８に投入されるのは従来と同様である。また、
原料水タンク４から、ポンプ５により原料水が燃料処理
装置８に供給される。このとき、例えばS／Cの設定値を
３とすれば、原燃料である都市ガス流量から原料水の流
量設定値が算出できる。流量計６による測定値が、この
原料水流量設定値になるようにポンプ５が駆動される。
従って、この場合はポンプ５は特に定量ポンプである必
要はなく、入力信号により流量が可変できればよい。燃
料処理装置８の蒸発部１０において、原料水は蒸発され
る。その後、原燃料と蒸発したスチームとにより水素リ
ッチガスが生成され、燃料ガス流通経路１４を通って、
燃料電池本体９に供給される。

【０００９】ここで、例えばS／Cの設定値を３、燃料処
理装置８の改質反応器１１における改質触媒層出口の反
応温度（平衡温度）を650℃（このときの改質率約９０
％）、シフト反応器１２での反応温度（平衡温度）を20
0℃（このときのＣＯ濃度約0.3％）、ＣＯ酸化反応１３
における空気比（当量比）を約7.0とすると、反応組成
の計算により燃料処理装置から出た燃料ガスの水分は2
1.8%となり、露点は62.3℃となる。また、S／Cが変化し
た場合の露点は下記表１のようになる。表１での計算で
は改質反応、シフト反応の反応温度を同じとし、改質率
やシフト反応後におけるＣＯ濃度はそれぞれのS／Cに対
しての平衡反応として求めた。また、ＣＯ酸化の空気量
は一定とした。このようにS／Cの変化に対して燃料ガス
の露点は大きく変化するため、逆に露点を測定すること
によりS／Cの変化を予測することが可能となる。

【００１０】

【表１】

【００１１】そこで、図１において、露点温度測定手段
１５により測定した燃料ガスの露点をもとに、上記の表
１と同様なテーブルに従うか、あるいはS／Cを仮定した
繰り返し計算により運転時の実際のS／Cの値を推定する
ことができる。この値が、設定値から例えば２割以上ず
れていた場合、原料水（スチーム）または原燃料の流量
の異常として警報手段１７により警報を発する。警報は
音でも、ランプ等の点灯、点滅でもよいし、表示パネル
等による、動画または静止画による表示でも、他の方法
でもよい。場合によっては運転を停止することも含む。
また、実際のS／C推定値が設置値からずれていた場合、
原料水（スチーム）または原燃料の流量が同時にずれる
可能性は低いため、どちらかに異常があると考える。例
えば水の流量計６の信頼性が劣ることがあらかじめ分か
っている場合は、流量計６の不具合とみなし、露点から
推定するS／Cが設定値になるようにポンプ５を駆動して
流量を調節するようにしてもよい。また、原燃料と原料
水（スチーム）のどちらが設定値からずれたか分からな
い場合は、他の情報と合わせてどちらの不具合か判定
し、異常の生じたと考えられる方の流量を変化させてS
／Cを設定値にあわせることも可能である。

【００１２】システム上、露点を測定する個所としては
改質反応前の原燃料（蒸発部１０の出口）、改質反応後
（改質反応器１１の出口）、シフト反応後（シフト反応
器１２の出口）、そして上記に示したＣＯ酸化反応後
（燃料処理装置８の出口）が考えられる。S／Cが変化し
たとき、これらの場所におけるガスの露点がどのように
変化するかを示したのが下記表２である。表２で、ΔT
とはS／Cが±２０％変化したときの露点の変化量を表し
ている。これより、蒸発部１０の出口、すなわち反応前
の原燃料の時点では露点の差があまりないためかなり難
しく、改質反応後の方が好ましい。さらに露点の変化量
の大きいシフト反応後（ＣＯ酸化反応後も含む）で実施
する方がより好ましい。

【００１３】

【表２】

【００１４】以上のように反応後のガスの露点を測定す
ることにより、運転時において、設定値ではなく、実際
のS／Cが推定でき、燃料処理装置の保護および原料水
（スチーム）または原燃料供給系の異常が発見できると
いう効果がある。また、特にシフト反応後あるいはＣＯ
酸化反応後のガスの露点を用いることにより、S／Cの異
常等の推定においてより感度を向上させることが可能と
なる。さらに、燃料電池に水素リッチガスを供給するこ
とに用いたので、例えばS／Cの低下から生じるＣＯ濃度
の増大による燃料電池の性能劣化が防止できるなど、燃
料電池を安定に動作させられるという効果もある。な
お、実施の形態１においては、原料水の供給系としてポ
ンプ５と流量計６の組合せを用いたが、これに限るもの
ではなく、例えば定量ポンプを用い、流量計は省略した
ものでもよい。また、実施の形態１においては原料水を
供給したのち燃料処理装置内部で蒸発させる構成とした
が、これに限るものではなく、スチームを供給するもの
でもよく、あるいは原燃料ガスを加湿させる方式でもよ
い。また、原燃料として都市ガスを用いる例を示した
が、これに限るものではなく、メタン、プロパン、ブタ
ン、その他の炭化水素系気体燃料、メタノール等のアル
コール類、ジメチルエーテル等のエーテル類、その他の
液体燃料でもよい。さらに、実施の形態１においては燃
料電池に燃料ガスを供給する例を示したが、これに限る
ものではなく、例えば水素製造装置として用いる場合で
もよい。これらは、以下の実施の形態においても同様で
ある。

【００１５】実施の形態２．図２は本発明の実施の形態
２による燃料処理システムを説明するための図である。
図２において、２１は温度測定手段としての熱電対で、
燃料電池本体９の手前の燃料ガスの流通経路１４内に設
置されており、当該位置において燃料処理装置から排出
された燃料ガスの温度を測定している。ここで、燃料ガ
ス流通経路１４は長さ約８０ｃｍのステンレス配管であ
り温度測定手段２１は燃料処理装置８から約７０ｃｍす
なわち燃料電池本体９の手前約１０ｃｍのところの配管
内に位置している。他の部分は実施の形態１と同様であ
るため、同一符号を付して説明を省略する。

【００１６】次に動作について説明する。実施の形態１
と同様にS／Cの設定値を３、燃料処理装置８における改
質触媒層出口の反応温度（平衡温度）を650℃（このと
きの改質率約９０％）、シフト反応器での反応温度（平
衡温度）を200℃（このときのＣＯ濃度約0.3％）、ＣＯ
酸化反応における空気比（当量比）を約7.0の場合を考
える。燃料ガスの流量として約30NL/min（ウェットベー
ス，標準状態）の場合、燃料ガスの単位時間当たりの顕
熱（熱容量）は0.7W/Kであるのに対して、燃料ガスの単
位時間当たりの蒸発熱は約200Wである。例えば10%の水
が結露した場合（潜熱20W）、露点は2.3℃低下するだけ
であるので、単位時間当りの潜熱（熱容量）は約9W/Kと
なり顕熱の10倍以上である。そこで、燃料処理装置８の
出口ガス温度を例えば80℃で運転した場合、流れ方向の
距離に対する燃料ガスの温度は、放熱によって露点まで
低下した後、低下率が10倍以上鈍化する。この様子を示
したのが図３である。すなわち、図３におけるAの区間
で温度を測定すれば、燃料処理装置８から排出される燃
料ガスの露点Bに近い温度が測定できる。燃料ガスの燃
料処理装置８における出口温度および周囲温度、燃料ガ
ス流通経路１４の周囲との熱抵抗がわかれば図３におけ
る点Cの位置は簡単に計算できる。温度測定区間Aはある
程度幅があるので、計算が厳密でなくても対応可能であ
る。なお、前記温度測定手段２１は、この温度測定区間
Aに設けられている。このようにして、温度測定手段１
５により燃料処理装置８から排出された燃料ガスのおお
よその露点を測定することができる。その値を演算手段
１６に取り込み実施の形態１と同様に実運転時のS／Cを
推定することができる。下記表３に、実際にこのような
系を構成し実験した結果を示す。なお計算によるS／Cで
は、温度測定個所における燃料ガスの圧力約７kPa（S／
Cによっては変わらないとする）を考慮した。これによ
ると、当該個所における温度測定手段により計算される
露点に近い値が測定されており、わずかなS／Cの変化で
も測定温度に差が表われているため有効であることが分
かる。

【００１７】

【表３】

【００１８】以上のように、燃料ガスが結露する区間で
温度測定をすることにより、比較的複雑で高価な露点計
を用いなくてもよく、簡単で安価な方法でS／Cの推定、
さらには原料水（スチーム）または原燃料の流量異常の
検出が行なえるという効果がある。なお、実施の形態２
においては温度測定手段として熱電対を用いる例を示し
たが、これに限るものではなく、サーミスタや白金抵抗
対等でもよい。また、燃料処理装置８における各反応が
測定温度に対して平衡状態になっていない場合は、所望
のS／Cに対応する露点の算出に影響を及ぼすため、予め
測定しておいた特性データに基づいて、反応温度と改質
率またはＣＯ濃度との関係を補正することが好ましい。

【００１９】実施の形態３．図４は本発明の実施の形態
３による燃料処理システムを説明するための図である。
図４において、温度測定手段２１は、燃料ガス流通経路
１４の配管内にほぼ同じ間隔で設けられた温度測定点21
a、21b、21c（それぞれの位置をＡ点、Ｂ点、Ｃ点とす
る）から構成され、ここでは温度測定には熱電対が用い
られている。各点からの測定データはすべて演算手段１
６に入力される。なお、図４においては図１および図２
と異なる部分のみを記載している。ここで、燃料ガスが
６０℃前後としたときのおおよその流通経路の配管から
周囲への放熱量を求め、燃料ガスの凝縮熱から、凝縮し
ているときの各温度測定点間の温度低下量を求める。例
えばＡ点とＢ点、Ｂ点とＣ点との間の放熱がそれぞれ約
１０Wずつだと仮定すると、実施の形態１中に記述した
通り、それぞれ1.2℃ずつ燃料ガス温度が低下する。す
なわち、図５のように３点の温度をプロットしたとき、
1区間1.2℃の傾き（図中の破線で示す）に乗れば、この
区間では凝縮していると判断できる。そこで、図５
（ａ）のように３点ともこの傾きに乗るときは燃料ガス
温度は一転鎖線のように推定でき、Ａ点では凝縮が始ま
っていると判断し、露点温度に最も近いＡ点の温度を露
点温度として採用する。図５（ｂ）のようにＢ−Ｃ間の
み破線の傾きに乗っている場合は燃料ガス温は一転鎖線
のように推定でき、凝縮の始まった最初の点であるＢ点
の温度を露点温度とする。同様に図５（ｃ）のような場
合にはＣ点の温度を露点温度として採用する。露点温度
を得た後の処理は実施の形態１と同様である。このよう
に複数の温度測定手段を設け、それらの測定値間の関係
から１つの温度測定手段を選択することによって、例え
ば燃料処理装置８の出口の温度が変化し、凝縮が始まる
位置が変化する場合でも実際の露点に近い温度を求める
ことが可能となる。

【００２０】実施の形態４．以下、本発明の実施の形態
４について説明する。実施の形態４は実施の形態３と同
様図４に示す構成とする。ただし、実施の形態３のよう
に、選択する温度測定手段を各測定値の関係から求める
のではなく、条件によって予め選択する温度測定手段を
決めている。例えば、周囲温度が１５℃以下のときは、
放熱が大きいのでＡ点を選択、１５℃〜２５℃のときは
Ｂ点を選択、２５℃以上のときはＣ点を選択とする。あ
るいは、周囲温度のみではなく燃料処理装置８の出口に
おける燃料ガス温度と周囲温度との差によって選択する
点を決定してもよい。また、燃料ガスの流量によっても
放熱が変わるので定格時および負荷率８０％以上はＣ点
を選択、負荷率５０％〜８０％のときはＢ点を選択、負
荷率５０％以下のときはＡ点を選択するのも一方法であ
る。あるいはこれらの組み合わせでもよくその場合、例
えば2次元のテーブルができることになる。いずれの場
合もより正確に露点を測定でき、より正確にS／Cのずれ
を推定することが可能となる。なお、上記実施の形態３
および４においては温度測定手段を３つ設置した例を示
したが、もちろんこれに限るものではなく２点でも４点
でもそれ以上設置してもよい。

【００２１】実施の形態５．以下、本発明の実施の形態
５について説明する。実施の形態５は実施の形態３と同
様図２に示す構成とする。このとき、温度測定手段２１
は、燃料ガスの凝縮が最も下流で始まる条件（例えば、
定格負荷で、燃料処理装置８の出口温度が最大で、周囲
温度が最大のとき）においても、確実に凝縮が始まる位
置に設置される。運転時には、温度測定手段２１によっ
て測定された温度に対して以下の補正を行い、補正後の
温度を露点として扱う。補正では、一つの例として、周
囲温度が１５℃以下のときは放熱が大きく露点より例え
ば４℃程度低い温度が測定されるため、露点は測定温度
＋４℃、周囲温度が１５℃〜２５℃のときは露点は測定
温度＋２℃、周囲温度が２５℃以上のときは測定温度を
そのまま露点とする。あるいは、燃料処理装置８の出口
温度と周囲温度との差によって場合わけしてもよいし、
場合わけではなく、補正曲線あるいは補正直線により補
正してもよい。また、定格時および負荷率が８０％以上
のときは補正なし、負荷率が５０〜８０％のときは露点
は測定温度＋２℃、負荷率５０％以下のときは露点は測
定温度＋４℃というような補正を行なってもよい。この
場合も場合わけではなく補正曲線（直線）を用いてもよ
いし、前述の周囲温度等との組合せも考えられる。いず
れも温度測定手段が１つであってもより正確に露点を測
定でき、より正確にS／Cのずれを推定することが可能と
なる。

【００２２】実施の形態６．以下、本発明の実施の形態
６について説明する。図６は実施の形態６による燃料処
理システムの燃料ガス流通経路１４について示したもの
であり他の部分は図１、図２あるいは図４と同一であ
る。ここで、６１は燃料ガス流通経路１４の配管の外側
に密着して設けられた保温材を示している。図６のよう
に保温材は燃料ガス流通経路１４のほぼ後半約２／３の
みに設けられている。前述の実施の形態２ないし５で述
べたように、温度測定手段で燃料処理装置８出口におけ
る燃料ガスの露点を測定する場合、凝縮区間での燃料ガ
ス温度低下が少ないことを利用している。従ってこの区
間では放熱を極力抑える必要があり、流通経路１４の十
分な断熱を行なうことが好ましい。一方、温度測定手段
２１（複数の温度測定点がある場合は最下流の温度測定
点）では少なくとも燃料ガス中のスチームの一部が凝縮
している必要がある。燃料ガス流通経路１４全体を十分
断熱すると、温度測定手段２１の位置より上流側で燃料
ガスの凝縮が始まるためには燃料ガス流通経路１４の長
さを長くしなければならない恐れがある。そこで、前半
（の一部）で断熱性能を低下させるよう調節することに
より、燃料ガス流通経路１４の長さを短縮しても、温度
測定手段２１（複数の温度測定点がある場合は最下流の
温度測定点）で少なくとも燃料ガス中のスチームの一部
が凝縮する構成とすることができる。なお、前記の保温
材６１の断熱性能を低下させる手段はとくに制限されな
いが、例えば保温材６１の厚さを燃料ガスの流れ方向に
応じて変化させたり、保温材６１の構成材料を段階的に
燃料ガスの流れ方向に応じて変更する等が挙げられる。

【００２３】

【発明の効果】請求項１の発明は、炭化水素、アルコー
ル類またはエーテル類を含む原燃料と原料水またはスチ
ームを水素リッチな燃料ガスに変換する燃料処理システ
ムにおいて、前記燃料処理システムが、前記燃料ガスの
露点温度測定手段と、露点温度に基づき原燃料流量、あ
るいは水またはスチーム流量を推定する演算手段と、演
算結果に基づき原燃料流量、あるいは水またはスチーム
流量を調節する流量調節手段とを設けたことを特徴とす
る燃料処理システムであるので、意図しない理由により
原燃料または原料水（スチーム）の流量が設定値からず
れた場合、これを検出、対処することにより、安定な運
転およびシステムの保護を可能にする燃料処理システム
が提供される。

【００２４】請求項２の発明は、前記演算結果に基づき
原燃料流量、あるいは水またはスチーム流量が異常であ
ると判断された場合に、前記異常を連絡する警報手段を
設けたことを特徴とする請求項１に記載の燃料処理シス
テムであるので、異常状態を瞬時に把握することがで
き、一層安定な運転およびシステムの保護を可能にする
燃料処理システムが提供される。

【００２５】請求項３の発明は、燃料処理システムが、
原燃料と原料水またはスチームを改質反応により水素リ
ッチな燃料ガスに変換する改質反応器を含み、露点温度
測定手段が、前記改質反応器の下流に設置されているこ
とを特徴とする請求項１または２に記載の燃料処理シス
テムであるので、原燃料流量、あるいは水またはスチー
ム流量の異常状態の検出感度が一層高まる。

【００２６】請求項４の発明は、露点温度測定手段が、
燃料ガスの温度測定手段であり、測定された前記燃料ガ
スの温度結果から、露点温度を推定することを特徴とす
る請求項３に記載の燃料処理システムであるので、簡便
な方法で原燃料流量、あるいは水またはスチーム流量の
異常状態を検出することができる。

【００２７】請求項５の発明は、複数の温度測定手段
が、改質反応器の下流に設置されていることを特徴とす
る請求項４に記載の燃料処理システムであるので、より
正確な原燃料流量、あるいは水またはスチーム流量の異
常状態の検出が可能になる。

【００２８】請求項６の発明は、改質反応器の下流にお
いて、燃料ガスが流れる流通経路の断熱性を調整し、燃
料ガス中のスチームの一部が、最下流に設置された温度
測定手段に到達するまでに凝縮するようにしたことを特
徴とする請求項５に記載の燃料処理システムであるの
で、流通経路を短縮させることができる。

【００２９】請求項７の発明は、炭化水素、アルコール
類またはエーテル類を含む原燃料と原料水またはスチー
ムを水素リッチな燃料ガスに変換する燃料処理システム
の運転方法において、前記燃料ガスの露点温度を測定
し、前記露点温度に基づき原燃料流量、あるいは水また
はスチーム流量を推定し、推定結果に基づき原燃料流
量、あるいは水またはスチーム流量が異常であると判断
された場合に、前記異常を連絡する警報を発するか、あ
るいは、異常を連絡する警報を発するとともに、前記推
定結果に基づき前記原燃料流量あるいは水またはスチー
ム流量を調節することを特徴とする燃料処理システムの
運転方法であるので、意図しない理由により原燃料また
は原料水（スチーム）の流量が設定値からずれた場合、
これを検出、対処することにより、安定な運転およびシ
ステムの保護を可能にする燃料処理システムの運転方法
が提供される。

【００３０】請求項８の発明は、燃料処理システムが、
原燃料と原料水またはスチームを改質反応により水素リ
ッチな燃料ガスに変換する改質反応器を含み、露点温度
が、前記改質反応器の下流に流れる燃料ガスの温度から
推定されるとともに、前記原燃料の流量、あるいは前記
燃料処理システムの周囲温度に基づき、燃料ガス温度を
補正し、燃料ガスの露点温度を推定することを特徴とす
る請求項７に記載の燃料処理システムの運転方法である
ので、より正確な原燃料流量、あるいは水またはスチー
ム流量の異常状態の検出が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１による燃料処理システムおよび
その運転方法を説明するための図である。

【図２】実施の形態２による燃料処理システムおよび
その運転方法を説明するための図である。

【図３】実施の形態２の燃料処理システムおよびその
運転方法を説明するためのグラフである。

【図４】実施の形態３の燃料処理システムおよびその
運転方法を説明するための図である。

【図５】（ａ），（ｂ），（ｃ）ともに実施の形態３
の燃料処理システムおよびその運転方法を説明するため
の図である。

【図６】実施の形態６の燃料処理システムおよびその
運転方法を説明するための図である。

【図７】従来の燃料処理システムの一例を説明するた
めの図である。

【図８】従来の別の燃料処理システムを説明するため
の図である。

【符号の説明】

１都市ガス供給ライン、２都市ガスブロワ、３流
量計、４タンク、５原料水流量調節手段、６流量
計、８燃料処理装置、９燃料電池、１１改質反応
器、１２シフト反応器、１４燃料ガス流通経路、１
５露点温度測定手段、１６演算手段、１７警報手
段、２１温度測定手段、６１保温材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4G140 EA01 EA02 EA03 EA06 EB03 EB43 EB47 5H027 AA02 BA01 MM12 MM14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭化水素、アルコール類またはエーテル
類を含む原燃料と原料水またはスチームを水素リッチな
燃料ガスに変換する燃料処理システムにおいて、前記燃
料処理システムが、前記燃料ガスの露点温度測定手段
と、露点温度に基づき原燃料流量、あるいは水またはス
チーム流量を推定する演算手段と、演算結果に基づき原
燃料流量、あるいは水またはスチーム流量を調節する流
量調節手段とを設けたことを特徴とする燃料処理システ
ム。
【請求項２】前記演算結果に基づき原燃料流量、ある
いは水またはスチーム流量が異常であると判断された場
合に、前記異常を連絡する警報手段を設けたことを特徴
とする請求項１に記載の燃料処理システム。
【請求項３】燃料処理システムが、原燃料と原料水ま
たはスチームを改質反応により水素リッチな燃料ガスに
変換する改質反応器を含み、露点温度測定手段が、前記
改質反応器の下流に設置されていることを特徴とする請
求項１または２に記載の燃料処理システム。
【請求項４】露点温度測定手段が、燃料ガスの温度測
定手段であり、測定された前記燃料ガスの温度結果か
ら、露点温度を推定することを特徴とする請求項３に記
載の燃料処理システム。
【請求項５】複数の温度測定手段が、改質反応器の下
流に設置されていることを特徴とする請求項４に記載の
燃料処理システム。
【請求項６】改質反応器の下流において、燃料ガスが
流れる流通経路の断熱性を調整し、燃料ガス中のスチー
ムの一部が、最下流に設置された温度測定手段に到達す
るまでに凝縮するようにしたことを特徴とする請求項５
に記載の燃料処理システム。
【請求項７】炭化水素、アルコール類またはエーテル
類を含む原燃料と原料水またはスチームを水素リッチな
燃料ガスに変換する燃料処理システムの運転方法におい
て、前記燃料ガスの露点温度を測定し、前記露点温度に
基づき原燃料流量、あるいは水またはスチーム流量を推
定し、推定結果に基づき原燃料流量、あるいは水または
スチーム流量が異常であると判断された場合に、前記異
常を連絡する警報を発するか、あるいは、異常を連絡す
る警報を発するとともに、前記推定結果に基づき前記原
燃料流量あるいは水またはスチーム流量を調節すること
を特徴とする燃料処理システムの運転方法。
【請求項８】燃料処理システムが、原燃料と原料水ま
たはスチームを改質反応により水素リッチな燃料ガスに
変換する改質反応器を含み、露点温度が、前記改質反応
器の下流に流れる燃料ガスの温度から推定されるととも
に、前記原燃料の流量、あるいは前記燃料処理システム
の周囲温度に基づき、燃料ガス温度を補正し、燃料ガス
の露点温度を推定することを特徴とする請求項７に記載
の燃料処理システムの運転方法。