JP2004002154A - Hydrogen generating apparatus and fuel cell system equipped with the same - Google Patents

Hydrogen generating apparatus and fuel cell system equipped with the same Download PDF

Info

Publication number
JP2004002154A
JP2004002154A JP2003073381A JP2003073381A JP2004002154A JP 2004002154 A JP2004002154 A JP 2004002154A JP 2003073381 A JP2003073381 A JP 2003073381A JP 2003073381 A JP2003073381 A JP 2003073381A JP 2004002154 A JP2004002154 A JP 2004002154A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
unit
reforming
water
section
supplied
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.)
Withdrawn
Application number
JP2003073381A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kunihiro Ukai
鵜飼　邦弘
Kiyoshi Taguchi
田口　清
Hidenobu Wakita
脇田　英延
Seiji Fujiwara
藤原　誠二
Akira Maenishi
前西　晃
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.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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 Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2003073381A priority Critical patent/JP2004002154A/en
Publication of JP2004002154A publication Critical patent/JP2004002154A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydrogen generating apparatus with low thermal load on a reforming catalyst on starting the apparatus. <P>SOLUTION: The hydrogen generating apparatus is equipped with a reforming part 1 comprising a reforming catalyst, a vaporizing part 4 of water to supply water vapor to the reforming part 1, a heating part 3 to heat the reforming part 1 and the vaporizing part 4, a source material supplying part 5 to supply a source material containing a hydrocarbon compound to the reforming part 1 through the vaporizing part 4, and a water supplying part 6 having a flow switch 6a to supply water to the reforming part 1 and the vaporizing part 4. In the initial stage of starting the apparatus when heating in the vaporizing part 4 is not sufficient, water is directly supplied from the water supplying part 6 through a supply pathway 6b for reforming to the reforming part and vaporized in the reforming part 1. During static operation when the vaporizing part 4 is sufficiently heated, water is supplied from the water supplying part 6 through a supply pathway 6c for vaporizing to the vaporizing part 4 and the water vapor produced in the vaporizing part 4 is supplied to the reforming part 1. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも炭素および水素から構成される化合物を主成分とする燃料を改質して水素ガスを生成する水素生成装置に関し、特に、装置起動時の装置動作に特徴を有する水素生成装置およびそれを備える燃料電池システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水素リッチなガスを生成させる方法として、外部より熱を加えた状態で有機化合物系燃料と水とを改質触媒を用いて反応させる水蒸気改質法がある。該水蒸気改質法では、供給した水を燃料と反応させるために、該水を改質触媒中において水蒸気の状態で存在させる必要がある。
【０００３】
プラント規模を有する水蒸気改質法を用いた水素生成装置では、ボイラー等を用いた水蒸気供給部を外部に持ち、該水蒸気供給部で得られた水蒸気を燃料とともに改質触媒層に供給する方法が用いられることが多い。小規模の水素生成装置では、水蒸気供給部を装置内部に持ち、ここで得られた水蒸気を用いて水蒸気改質反応を進行させる構成のものが多い。また、分散型発電装置として、水素ガスを燃料とするリン酸型燃料電池発電装置では、燃料電池が２００〜２５０℃の温度で作動していることから、その熱を利用して水蒸気を発生させ、該水蒸気を水素生成装置に供給する構成がとられている。
【０００４】
水素生成装置の定常運転時は、改質触媒にかかる熱負荷が一定のため、触媒活性の変化を把握しやすい。一方、装置起動時は、熱負荷状態が経時的に変化するため、該熱負荷状態の変化が触媒活性低下の大きな原因となる。そこで、水蒸気改質に用いる改質触媒の触媒活性を保護する観点から、水蒸気を改質触媒層に予め供給することが望まれる。前述のようにボイラー等の水蒸気供給部を有する水素生成装置では、水蒸気供給部において水蒸気を安定して発生させてから装置を起動させることでその対応が行われている。また、特開平５−２７５１０３号公報に開示されている分散型発電装置としての燃料電池発電装置では、装置内に水蒸気供給手段が設けられており、窒素ガスを併用しつつ予め改質器に該水蒸気供給手段で得られた水蒸気を供給しながら装置を起動させる方法が考案されている。
【０００５】
しかしながら、小規模な水素生成装置、例えば、高分子型燃料電池を用いた家庭用コージェネレーションシステムにおいては、水素生成装置にボイラー等の外部熱源の水蒸気供給装置を併用する構成とすると、装置のエネルギー効率、運転時の経済性、コスト等が非効率的になる。そこで、小規模な水素生成装置においては、該装置が改質反応に必要な熱を供給する熱源を備えた構成であることをいかし、該熱源から得られる熱を利用して水蒸気を発生させる構成がとられていることが多い。例えば、水素生成装置では、天然ガスを燃料とする場合、通常、６５０〜７５０℃の温度の改質触媒層中で水蒸気改質反応を進行させる。また、他の炭化水素系燃料においても、改質触媒層が天然ガスの場合と同様の温度となるように加熱が行われている。このような高温で行われる改質反応の反応後の熱エネルギーを有効に利用するため、通常は、改質反応後の熱を利用して水蒸気を発生させるように水蒸気発生部が構成される。このような水蒸気発生部を備えた水素生成装置では、定常運転時に、改質反応後の熱エネルギーを有効に利用することが可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
家庭用のシステムに用いられる水素発生装置では、プラント規模の大規模な装置と比較して、頻繁に装置の起動および停止動作を行う運転条件に対応することが必要となる。ここで、装置の起動時には、熱源から供給された熱エネルギーは、まず、改質触媒の加熱に利用され、該改質触媒が加熱された後に、水蒸気発生部での水蒸気発生に利用される。このように、水素生成装置の起動時には熱エネルギーが改質触媒の加熱に優先的に用いられることから、起動時に水蒸気発生部において十分な水蒸気を生成しこれを改質触媒に供給することができないおそれがある。その結果、装置構成や加熱条件によっては、改質触媒が異常加熱されて熱負荷が大きくなり、それにより、該触媒の活性が低下する。
【０００７】
本発明は、上記従来の水素生成装置に関する上記課題を解決することを目的とし、具体的には、装置起動時における改質触媒への熱負荷が少なく、起動および停止動作を繰り返す運転にも十分に対応可能である水素生成装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明の水素生成装置は、改質触媒体を用いて原料および水蒸気から改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質部と、水を蒸発させて前記改質部に前記水蒸気を供給する蒸発部と、前記改質のため及び前記蒸発のために、それぞれ、前記改質部及び前記蒸発部を加熱する加熱部と、直接又は前記蒸発部を介して前記改質部に原料を供給する原料供給部と、前記水を供給する水供給部と、前記水供給部から前記水を前記蒸発部に供給するための第１の給水路と、前記水供給部から前記水を前記改質部に供給するための第２の給水路とを備える。
【０００９】
かかる構成によれば、炭化水素系燃料等の原料を水蒸気改質し水素主体の改質ガスを生成させる水素生成装置において、蒸発部および改質部のそれぞれに水を供給する第１および第２の給水路を設けることにより、装置の起動時においても改質部に水蒸気を供給することが可能となる。それにより、装置起動時における水蒸気不足に起因して生じる改質部の改質触媒の活性低下を防止できる。それゆえ、水の蒸発を装置運転動作において適正化させることが可能となり、また、装置のエネルギー利用効率を向上させる運転が可能となる。
【００１０】
前記原料供給部から前記改質部への前記原料の供給開始に伴い、前記水供給部から前記第２の給水路を通じて前記改質部に水が供給され、前記供給開始から所定時間経過後、前記水供給部から前記第１の給水路を通じて前記蒸発部に水が供給されるとともに前記改質部への前記水の供給が停止されてもよい。
【００１１】
かかる構成においては、起動時に、温度が十分に上昇していない蒸発部ではなく、温度が十分に上昇し水蒸気反応および水蒸気改質反応が実施可能な状態である改質部に直接水を供給し、また、所定時間が経過して装置が定常運転状態となったら、温度が十分に上昇し水蒸気反応が実施可能となった蒸発部に水を供給するとともに改質部への水の供給を停止する。それにより、起動時および定常運転時において、改質部に速やかに安定して水蒸気を供給することが可能となるとともに、熱効率の向上を図ることが可能となる。
【００１２】
前記改質部は、前記改質触媒体または前記改質部内のガスの温度を検出する改質温度測定部をさらに備え、前記改質温度測定部の検出温度情報に基づいて前記原料供給部からの前記原料の供給および前記水供給部からの前記水の供給を制御してもよい。
【００１３】
かかる構成によれば、改質部の温度に基づいて改質部および蒸発部への水および原料の供給を制御することができるので、安定した運転が実現できるとともに熱効率の向上が図られた水素生成装置が得られる。
【００１４】
前記改質温度測定部の検出温度が予め設定した基準値より大きくなった際に、前記第２の給水路を介して前記水供給部から前記改質部に前記水が供給されるとともに、前記原料供給部から前記改質部に前記原料が供給されてもよい。
【００１５】
かかる構成によれば、確実に、十分に加熱されて水蒸気改質反応を行える状態にある改質部に原料および水が供給されるため、改質部内における流路の閉塞や改質触媒の活性低下等を生じることなく、速やかに水蒸気改質を行うことが可能となる。
【００１６】
前記改質温度測定部の検出温度が予め設定した第１の基準値より大きい時に、前記第２の給水路を介して前記水供給部から前記改質部に前記水が供給されるとともに、前記原料供給部から前記改質部に前記原料が供給され、前記改質温度測定部の検出温度が、予め設定した、前記第１の基準値よりも大きな第２の基準値よりも大きい時に、前記第１の給水路を介して前記水供給部から前記蒸発部に水が供給されるとともに、前記改質部への前記水の供給が停止されてもよい。
【００１７】
かかる構成によれば、確実に十分に加熱されて改質反応を行える状態の改質部に水および原料を供給して速やかに水蒸気改質を行うことができるとともに、蒸発部が十分に加熱されて水の蒸発が可能な状態となったら、蒸発部に水を供給しここで水蒸気の生成を行うことが可能となる。したがって、改質部への水蒸気の供給の安定化が図られると同時に、熱効率の向上を図ることが可能となる。
【００１８】
前記蒸発部は、該蒸発部または該蒸発部内のガスの温度を検出する蒸発温度測定部をさらに備え、前記蒸発温度測定部の検出温度情報に基づいて前記水供給部から前記改質部および前記蒸発部への前記水の供給が制御されてもよい。
【００１９】
かかる構成によれば、蒸発部の温度に基づいて改質部および蒸発部への水の供給を制御することができるので、安定して水蒸気の供給を行うことができるとともに熱効率の向上が図られた水素生成装置が得られる。
【００２０】
前記蒸発温度測定部の検出温度が予め設定した基準値より小さい時には、前記第２の給水路を介して前記水供給部から前記改質部に前記水が供給され、かつ、前記蒸発温度測定部の検出温度が前記基準値より大きい時には、前記第１の給水路を介して前記水供給部から前記蒸発部に水が供給されるとともに前記改質部への前記水の供給が停止されてもよい。
【００２１】
かかる構成によれば、確実に、十分に加熱されて水蒸気改質反応を行える状態にある蒸発部に水が供給されるため、蒸発部において速やかに水蒸気改質を行い安定して水蒸気の供給を行うことが可能となる。
【００２２】
前記蒸発部は、該蒸発部の加熱を行う蒸発加熱部をさらに備えてもよい。
また、前記改質部または前記蒸発部の温度に基づいて前記蒸発加熱部が制御されてもよく、前記改質部または前記蒸発部の温度が予め設定した基準値以下の時に、前記第２の給水路を介して前記水供給部から前記改質部に前記水が供給されるとともに前記蒸発加熱部が動作し、前記改質部または前記蒸発部の温度が前記基準値より大きい時に、前記第１の給水路を介して前記水供給部から前記蒸発部に前記水が供給されるとともに前記蒸発加熱部が停止されてもよい。また、前記改質部の温度が予め設定した第１の基準値より大きい時に、前記原料供給部から前記改質部に原料が供給されるとともに前記水供給部から前記第２の給水路を介して前記改質部に前記水が供給され、また、前記蒸発加熱部が動作し、前記改質部の温度が、予め設定した前記第１の基準値よりも大きな第２の基準値よりも大きい時に、前記水供給部から前記第１の給水路を介して前記蒸発部に水が供給されるとともに前記改質部への前記水の供給が停止され、また、前記蒸発加部が停止されてもよい。
【００２３】
さらに、水から水蒸気を生成させる気化部を備え、該気化部で生成された水蒸気が前記改質部および前記蒸発部の少なくとも一方に供給されてもよく、前記改質部または前記蒸発部の温度に基づいて前記気化部が制御されてもよい。前記改質部または前記蒸発部の温度が予め設定した基準値より大きい時に、前記第１の給水路を介して前記水供給部から前記蒸発部に前記水が供給されるとともに前記気化部を停止させてもよい。また、前記改質部の温度が予め設定した第１の基準値より大きい時に、前記原料供給部から前記改質部に前記原料が供給されるとともに前記気化部が動作して前記改質部に前記水蒸気が供給され、前記改質部の温度が、予め設定した前記第１の基準値よりも大きな第２の基準値よりも大きい時に、前記水供給部から前記第１の給水路を介して前記蒸発部に水が供給されるとともに前記気化部が停止されてもよい。
【００２４】
上記の構成によれば、蒸発加熱部や気化部を設けることにより、水蒸気の生成を促進させることが可能となる。それにより、より安定して水蒸気を改質部に供給することが可能となる。また、改質部または蒸発部の温度に基づいて蒸発加熱部や気化部の動作を制御することにより、安定した水蒸気の供給と同時に熱効率の向上を図ることが可能となる。
【００２５】
前記蒸発部は、第１蒸発部と第２蒸発部とを備え、前記第１の蒸発部は、前記改質部に接して配置され前記改質部に連通するとともに、少なくとも前記第２の給水路を介して前記水供給部に連結され、少なくとも前記第２の給水路を介して前記改質部に供給される前記水が該第１の蒸発部で蒸発してその水蒸気が前記改質部へ供給されるとともに、前記第２の蒸発部は、前記第１の給水路を介して前記水供給部に接続され、前記水供給部から供給される前記水を蒸発させてその水蒸気を前記改質部に供給してもよい。
【００２６】
かかる構成によれば、第１の蒸発部で生成した水蒸気が改質部に供給されるため、さらに水蒸気を安定して生成および供給することが可能となる。
【００２７】
前記水供給部は、前記改質部および前記蒸発部のいずれに水が供給されるか水の供給先を切り替える水供給切り替え部をさらに備えてもよい。前記水供給切り替え部は、前記改質部へ供給される水の流量および前記蒸発部へ供給される水の流量を調整可能に構成されてもよく、また、前記水供給切り替え部は、前記第１の給水路および前記第２の給水路のいずれを通じて水を供給するか給水路の切り替えが可能に構成されてもよい。
【００２８】
かかる構成によれば、改質部および蒸発部への水の供給を切り替え可能な構成が容易に実現される。
【００２９】
前記改質部への前記原料の供給開始時において、前記改質部および前記蒸発部の少なくとも一方に、水および水蒸気の少なくとも一方が存在してもよい。
【００３０】
かかる構成によれば、装置の起動時に、既に水または水蒸気が改質部および蒸発部の水蒸気反応空間や経路等に存在するので、より速やかに水蒸気を改質部に供給することが可能となる。
【００３１】
本発明に係る燃料電池システムは、本発明に係る水素生成装置と、酸化剤および前記水素生成装置より供給される水素を用いて発電する燃料電池とを備えたものである。
【００３２】
かかる構成によれば、本発明に係る水素生成装置から熱効率よく安定して水素が燃料電池に供給されるため、信頼性の高い安定した発電を高い熱効率で行うことが可能となる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。ここでは、本発明の水素生成装置を、燃料電池を用いた家庭用発電システムに適用する場合について説明する。なお、本発明に係る水素生成装置の用途はこれに限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における水素生成装置の構成を示す模式図である。図１に示すように、水素生成装置は、改質部１と、加熱部３と、改質部１へ原料を供給するための原料供給部５と、改質部１へ水を供給するための水供給部６と、水供給部６から供給された水を蒸発させて水蒸気を生成する蒸発部４と、制御部７とを備える。
【００３４】
水素発生装置では、本体１５の内部に改質部１と蒸発部４とが配置され、改質部１と蒸発部４とを加熱するための加熱部３が本体１５の下方に配置されている。蒸発部４は、混合原料供給経路１６を通じて改質部１に接続されている。また、改質部１には、水蒸気改質反応により得られた改質ガスを外部に導く改質ガス経路８が接続されている。蒸発部４は、本体１５の外部に配置された原料供給部５に原料供給経路５ａを通じて接続されるとともに、水供給部６に、蒸発供給経路６ｃを通じて接続されている。さらに、水供給部６は、改質供給経路６ｂを通じて改質部１に接続されている。原料供給部５および水供給部４は、それぞれ制御部７により制御される。
【００３５】
改質部１では、原料供給部５から供給された原料、具体的には、天然ガス、ＬＰＧ等の炭化水素成分や、メタノール等のアルコール成分、あるいはナフサ成分等の炭化水素系化合物に例示されるような少なくとも炭素および水素から構成される化合物を主成分として含む原料と、水供給部６から供給された水を蒸発させて得られた水蒸気とを利用して、水蒸気改質反応が主として行われる。改質部１には、改質反応を進行させるための改質触媒、例えば、ルテニウム触媒をアルミナ担体に担持したもの等が配置されて構成された改質反応部が形成されている。なお、ここでは、改質部１内部の詳細な説明および図示は省略する。改質部１には、改質部内の温度を測定するための改質温度測定部２が配設されている。ここで、改質部１の温度とは、改質触媒の温度または改質部１内のガスの温度のことである。改質温度測定部２は、熱電対やサーミスタ等を有して構成され、その配置位置は、改質部１の温度変化が測定できる箇所および雰囲気であれば任意である。改質部１における水蒸気改質反応により得られた水素ガス主体の改質ガスは、改質ガス経路８を通じて外部へ供給される。なお、水素生成装置は、改質ガスを供給先の装置の特性に応じて処理する処理部が改質部１の下流に設けられた構成であってもよい。例えば、図８に示す燃料電池システムの燃料電池に供給する水素ガスを生成する水素生成装置１５０では、燃料電池１５１に供給する水素ガス中に一酸化炭素が含まれると、燃料電池１５１の機能低下を引き起こすことから、一酸化炭素濃度の低いガスを生成する必要がある。このため、改質ガス中の一酸化炭素を低減させる一酸化炭素変成部１５２や、一酸化炭素選択酸化部１５３等が改質部１の下流に設けられたを構成であってもよい。こうすることで、一酸化炭素が低減された水素ガスと酸素を含む酸化剤とを用いて、燃料電池１５１は安定的に発電することが可能となる。
【００３６】
加熱部３は、水蒸気改質反応に必要な熱を改質部１に供給することを主たる機能として配置され、装置の構成から、蒸発部４にも熱を供給することができる。すなわち、加熱部３から得られる熱の流れに対して、いち早く熱を受ける上流側に改質部１が配置され、下流側に蒸発部４が配設されている。加熱部３は、原料供給部５から供給される原料の一部、あるいは、水素生成装置で得られた水素ガスの供給先から戻された余剰ガス（例えば、燃料電池発電装置から得られるオフガス等）を燃焼させる火炎バーナを備える。火炎バーナは、例えば、燃焼空気供給用のシロッコファン３ａ（詳細は図示せず）を用いる。
【００３７】
蒸発部４は、水供給部６から供給された水を加熱部３からの熱を利用して蒸発させ水蒸気を発生させる部分であり、ここで得られた水蒸気は、原料供給部５から供給された原料と混合されて混合原料流路１６を通じて改質部１に供給される。また、ここでは、蒸発部４が、水の蒸発のみならず、原料供給部５から供給された原料の予熱も行えるように構成されている。
原料供給部５は、原料の改質部１への供給を行うものである。ここでは、原料として天然ガスが用いられている。詳細は図示していないが、原料供給部５は、天然ガスの供給圧力を増加させるブースターを有するとともに、天然ガス中の硫黄成分を低減する脱硫部、および、天然ガス中の付臭成分を除去するゼオライト吸着剤を備えている。
水供給部６はプランジャーポンプを備え、イオン交換した水を該ポンプを用いて、改質部１および蒸発部４に供給する。水供給部６には、流量切り替え部６ａが設けられており、該流量切り替え部６ａによって改質部１および蒸発部４への水の供給量を調整できる構成となっている。
制御部７は、原料供給部５および水供給部６の制御を行い、改質部１および蒸発部４に供給される原料および水の供給量を制御する。また、水供給部６の供給量切り替え部６ａの制御を行い、水の供給先の選択を行う。制御部７は、改質温度測定部２で測定した温度から改質部１の状態を把握する温度データー処理部を有し、該処理部で得られた処理情報に基づいて原料供給部５および水供給部６の制御を行って、原料、空気、水の供給量を調整する。また、制御部７は、半導体を利用した記憶部（詳細は図示せず）を有し、改質部１の温度状態を該記憶部で記憶する。
【００３８】
本実施の形態の水素生成装置は、装置運転時のエネルギー利用効率向上の観点から、前述のように、加熱部３を作動させてまず改質部１を加熱し、それから、改質部１加熱後の余剰熱を利用して蒸発部４を加熱する構成となっている。該構成としたのは、改質部１での水蒸気改質反応は吸熱反応であり、高反応収率を得るためには、炭化水素系の原料では６５０〜８００℃、アルコール系原料でも３００℃以上の高温に改質部１を保つ必要があり、それゆえ、加熱部３から得られる質の高い熱エネルギーを、まず改質部１で優先的に利用することが望ましいからである。また、装置の定常運転時においては、加熱部３からの熱エネルギーを蒸発部４における水の蒸発に利用することで無駄なく熱回収を行い、装置全体におけるエネルギー利用効率を向上させる構成とすることが望ましいからである。
【００３９】
しかしながら、前述のように、蒸発部４よりも改質部１の加熱が優先されると、装置構成や、加熱条件によって、装置起動時に蒸発部４での水蒸気の発生が遅くなり、その結果、改質部１に十分な水蒸気が供給されないため改質触媒が異常加熱される場合が想定される。改質触媒が異常加熱されると、触媒の比表面積が減少し触媒活性が低下する。また、水蒸気が十分でない状態で、高温の改質触媒に原料（ここでは天然ガス）が供給されると、原料から炭素成分の析出が生じる可能性が大きくなる。そこで、本実施の形態の水素生成装置では、以下のようにして装置起動時に速やかに水蒸気を発生させ、それにより、従来の水素生成装置の起動時に起きる前述のような改質触媒への熱負荷を低減する動作が行われる。
【００４０】
以下、本実施の形態の水素生成装置における装置起動動作について、その効果と共に説明する。
【００４１】
まず、停止状態の装置を起動させる時には、加熱部３を作動させて装置の本体１５を加熱する。ここでは、加熱部３からの熱により、改質部１が優先的に加熱される。次に、原料たる天然ガスを原料供給部５から原料供給経路５ａを通じて蒸発部４に供給し、さらに、混合原料供給路１６を通じて改質部１に供給する。一方、水蒸気改質反応に用いられる水蒸気のもととなる水を水供給部６から改質部１に供給するが、ここでは、改質供給経路６ｂおよび蒸発供給経路６ｃのうちのいずれの経路を通じて改質部１に供給するかが、流量切り替え部６ａを用いた供給経路の切り替えにより適宜選択される。
【００４２】
例えば、装置起動時（すなわち加熱初期）に、水供給部６から蒸発供給経路６ｃを通じて蒸発部４に一旦水を供給し、蒸発部４で水を蒸発させて得た水蒸気を原料とともに混合原料供給経路１６を通じて改質部１へ供給した場合には、改質部１に供給される混合原料において、原料（具体的には天然ガス）の比率が水蒸気の比率に比べて高くなるおそれがある。これは、以下の理由による。すなわち、装置の起動時に加熱部３を作動させると、前述のように加熱部３からの熱が改質部１の加熱に優先的に使用され、それにより、装置の大きさや構成部材の配置等によりその状態は一様ではないものの、改質部１の熱容量に応じて蒸発部４の温度上昇に遅れが生じる。このように温度が十分に上昇していない蒸発部４を介して改質部１への水の供給を行うと、蒸発部４において水が十分に蒸発しないため、十分な水蒸気を得ることができず天然ガスのみが改質部１に供給されてしまう。このような水の蒸発が十分でない状態、すなわち、改質部１に十分な水蒸気が供給されない状態で改質部１が加熱され、該改質部１中の改質触媒の温度が上昇すると、天然ガスの熱分解により、改質触媒上および改質部内で炭素析出が起きる。その結果、改質触媒活性の低下および改質部内の流路の閉塞などが進行してしまう。また、改質部１における水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、改質触媒中で水蒸気改質反応が進行しないと、加熱部３から与えられた熱が消費されないので改質触媒の温度が高温になりやすく、その結果、触媒活性が低下することが考えられる。そこで、このような改質触媒の活性の低下等を防止するために、本実施の形態の装置では、以下のようにして、加熱初期における改質部１への十分な水蒸気の供給を行う。
【００４３】
すなわち、本実施の形態の装置では、水供給部６に改質供給経路６ｂと蒸発供給経路６ｃとが設けられることにより、改質部１および蒸発部４のそれぞれに水を供給でき、かつ、各供給経路６ｂ，６ｃに供給される水の量を流量切り替え部６ａによって調整することで、改質部１および蒸発部４への水の供給量を制御できる構成が実現されている。このため、前述のように起動直後で蒸発部４の加熱が十分でなく、それゆえ、蒸発部４で水が十分に蒸発しない期間においては、水供給部６から改質供給経路６ｂに水が供給されるように流量切り替え部６ａを調整し、該経路６ｂを通じて改質部１に直接水を供給する。このように改質部１に直接水を供給すると、優先的に加熱されていち早く温度が上昇している改質部１において水の水蒸気反応が行われる。その結果、起動時においても、改質部１内で速やかに安定して水蒸気を存在させることができ、それゆえ、前述のような原料の熱分解による炭素析出が起こる確率がほとんど無くなる。また、このように改質部１に水蒸気および原料が存在する状態では、改質触媒の温度上昇に伴って、改質触媒上で吸熱反応である水蒸気改質反応が進行する。このため、前述のような改質触媒の異常加熱が防止される。
【００４４】
一方、上記のように改質部１に直接水を供給して改質部１で水の蒸発（水蒸気反応）を行った場合には、加熱部３から改質部１に与えられる熱のうちの一部が水蒸気反応に利用されるため、加熱部３からの熱が水蒸気反応に利用されない場合、すなわち予め生成された水蒸気が改質部１に直接供給される場合と比較して、同じ供給熱量では水蒸気反応に使用された熱の分だけ改質部１の温度が低くなる。それゆえ、改質部１を水蒸気改質反応に適した温度に維持するためには、水蒸気反応に熱が利用されない場合に比べて、より多くの熱量を加熱部３から供給する必要がある。このことから、改質部１に直接水を供給すると、水蒸気改質反応の熱効率の低下が生じやすい。
【００４５】
そこで、本実施の形態では、上記のような熱効率の低下を抑制するために、装置の起動から所定時間が経過して蒸発部４が十分に加熱され、該蒸発部４において水の蒸発を十分に行える状態（すなわち定常運転時）である時には、流量切り替え部６ａを制御して改質供給経路６ｂから蒸発供給経路６ｃに経路を切り替える。そして、蒸発供給経路６ｃを通じて蒸発部４に水を供給する。このような供給経路の切り替えは、流量切り替え部６ａを制御部７がタイマー制御することで実施される。蒸発部４に供給された水は、蒸発部４における水蒸気反応により水蒸気となる。そして、該水蒸気が、混合原料流路１６を通じて、原料とともに改質部１に供給される。このように動作させることで、定常運転時には、改質部１において、水蒸気反応に要する熱量の損失が生じることなく加熱部３からの熱を水蒸気改質反応に効率よく利用することができる。また、蒸発部４では、加熱部３からの熱を効率よく利用して水蒸気を発生させることができる。
【００４６】
以上のように、本実施の形態の装置では、加熱初期において前述のように改質部１で直接水蒸気反応を行うことにより、改質部１内における水蒸気不足を防止し、それにより、改質部１での異常加熱および炭素析出を防止ことができ、また、定常運転時には、加熱部３からの熱を蒸発部４で有効に利用して水蒸気を生成することができるので、改質部１における水蒸気改質反応の熱効率を向上させることが可能となる。したがって、熱効率の向上が図られるとともに安定して水素生成を行うことが可能な水素生成装置を実現することが可能となる。
【００４７】
なお、加熱初期および定常運転時において改質部１に供給する水の量は、改質部１における反応温度、触媒容積等の使用条件を考慮し、原料（ここでは天然ガス）中の炭素原子数の好ましくは２倍以上となる量を目安にして予め設定する。例えば、本実施例では、２．５倍を目安に供給した。
【００４８】
また、装置の起動時における原料および水の供給開始時については、改質温度測定部２により検出された改質部１の温度に基づいて、制御部７が原料供給部５および水供給部６の制御を行って原料および水の改質部１への供給開始を制御する。例えば、改質温度測定部２における検出温度に基準値が設けられており、該検出温度が基準値より大きくなった場合に、制御部７が原料供給部５および水供給部６ならびに流量切り替え部６ａを制御して原料および水の供給を開始させるここでは、該基準値が２００℃に設定されている。これにより、原料および水の供給開始のタイミングのばらつきを抑えることができるとともに、装置起動時に改質部１において水の蒸発を速やかにかつ安定して進行させ改質部１の異常加熱を効果的に防止することができる。また、温度が低い状態の改質部１に水を大量に供給すると、蒸発しない水により改質部１中でガス流路の閉塞が起こる可能性があるが、上記のように改質部１の温度が基準値より大きくなったことを確認してから供給を行うことにより、このような事態も回避することができる。なお、基準値となる温度は、改質部１の温度と水蒸気改質反応の反応性との関係、あるいは、改質部１の温度と水の蒸発状態との関係を予め相関付けることにより決める必要がある。したがって、該基準値は、装置の大きさや想定する運転条件等により値が相異するものであり、ここでは基準値を２００℃としたが、基準値の値はこれに限定されるものではない。該基準値は、下限値が水が蒸発する温度、上限値が改質触媒の耐熱温度を参考にして予め設定することが望ましい。
【００４９】
また、上記においては、流量切り替え部６ａをタイマー制御することにより水の供給経路が改質供給経路６ｂから蒸発供給経路６ｃに切り替わる構成であるが、このようなタイマー制御では、装置の大きさや動作条件を考慮し、改質触媒の温度および水の蒸発状態が最適になるように予め時間設定がなされる。
【００５０】
さらに、タイマー制御以外の方法により水の供給の切り替えが行われてもよい。例えば、本実施の形態の変形例として、より水の蒸発を最適化するために、改質部１の温度に基づいて水の供給切り替えを行う構成であってもよい。具体的には、改質温度測定部２の検出温度に、原料および水の供給開始にかかる前述の基準値（これを第１の基準値と呼ぶ）とは異なる基準値（これを第２の基準値と呼ぶ）を設け、該第２の基準値に基づき制御部７が流量切り替え部６ａを制御する。第２の基準値は、改質部１の温度状態と蒸発部４の加熱状態との相関に基づいて設定され、十分に加熱されて水蒸気反応が可能となった蒸発部４の状態に対応する改質部１の温度、例えばここでは７００℃、に設定される。なお、第２の基準値は、装置の大きさや想定運転条件によって予め適宜設定されるものであり、それらの条件に応じて値が相異する。
【００５１】
本例における供給経路の切り替え動作は、まず、第２の基準値よりも改質温度測定部２の検出温度が大きくなった時、すなわち蒸発部４が十分に加熱されて水蒸気反応に適した状態となったら、制御部７が流量切り替え部６ａを制御し、水の供給経路を改質供給経路６ｂから蒸発供給経路６ｃに切り替える。それにより、前述のように改質供給経路６ｂを通じて直接改質部１に供給されていた水が、蒸発供給経路６ｃを通じて蒸発部４を介して改質部１に供給される。このように、改質部１の温度から蒸発部４の状態を把握して水の供給の切り替えを行うことで、切り替えを速やかに行うことができ、かつ、切り替え時における改質部１での水蒸気不足を確実に回避することができる。
【００５２】
また、本実施の形態では、蒸発部４を介して原料供給部５から改質部１に原料を供給しているが、蒸発部４を介さずに改質部１に直接原料を供給する構成であってもよい。なお、上記のように蒸発部４を介して供給する場合には、蒸発部４により予め原料を加熱することが可能となり、熱効率の向上が図られる。
【００５３】
また、本実施の形態では、装置の起動時において、改質部１の加熱を行った後に原料と水とを同時に改質部１に供給しているが、改質部１に先に水を供給した後に原料を供給してもよい。また、例えば、十分に加熱される前の状態の改質部１および蒸発部４において、ガス流路閉塞等の弊害が起こらない量の水を水蒸気反応の実施部分に予め供給してもよい。この場合においても、本実施の形態に示す効果が妨げられることはない。このように予め改質部１や蒸発部４に水を供給することにより、加熱初期に水蒸気を速やかに発生させることが可能となり、それゆえ、改質部１の加熱初期における改質触媒の熱劣化、炭素析出等の防止をより効果的に行うことが可能となる。
【００５４】
なお、本実施の形態において、流量切り替え部６ａによる水の供給経路の切り替えは、例えば、水供給部６から改質供給経路６ｂおよび蒸発供給経路６ｃにそれぞれ供給される水の量を、供給ポンプの動作条件を調整する等して制御してもよく、また、該経路６ｂ，６ｃに電磁弁を設けてその開閉を調整することにより制御してもよい。また、切り替えは、改質部１および蒸発部４の各々への供給量を徐々に変化させて段階的に行ってもよく、また、例えば、各供給経路６ｂ，６ｃに設けた電磁弁を一度に全開および全閉することにより供給経路の切り替えを行い、改質部１から蒸発部４に一度に切り替えを行ってもよい。
【００５５】
（実施の形態２）
次に、本発明における第２の実施形態について説明する。図２は本実施の形態における水素生成装置の構成図である。本実施の形態の装置は、実施の形態１に示す装置とほぼ同一の構成を有しており、相違点は、蒸発部４あるいは蒸発部４中のガスの温度を検出する蒸発温度測定部９が設けられた点である。
【００５６】
本実施の形態の装置の動作は、実施の形態１の装置の動作と同様であるため、その詳細説明は省略し相違点のみについて説明する。蒸発部４に蒸発温度測定部９が設けられた本実施の形態の装置では、蒸発温度測定部９で検出される温度に基準値を設け、検出温度が該基準値よりも大きくなった場合に、実施の形態１と同様、流量切り替え部６ａにより水の供給先を改質部１から蒸発部４へ切り替える。該基準値は、装置の運転条件から蒸発部４における水蒸気の発生状態を考慮し、例えば２００℃に設定する。なお、該基準値は、装置の大きさや水の供給量等の運転条件により相異するため、それらの条件に応じて予め適宜設定する。
【００５７】
本実施の形態では、改質温度測定部２により検出された改質部１の温度から間接的に蒸発部４の加熱状態を把握する実施の形態１の場合と異なり、蒸発部４の温度を蒸発温度測定部９により直接測定するため、水の蒸発に適した状態に加熱された蒸発部４により確実にタイミングを合わせて水を供給することができる。したがって、水供給切り替え時においても水蒸気の発生が速やかにかつ安定して行われ、水の蒸発をより最適化することができる。それゆえ、切り替え時における改質部１での水蒸気不足を回避することができる。
【００５８】
（実施の形態３）
次に、本発明における第３の実施形態について説明する。図３は本実施の形態における水素生成装置の構成図である。本実施の形態の装置は、実施の形態２における装置とほぼ同一の構成を有するが、実施の形態２との相違点は、蒸発部４に、蒸発部４あるいは蒸発部４中のガスを加熱する蒸発加熱部４ａが設けられた点である。ここでは詳細な図示を省略しているが、蒸発加熱部４ａは、シーズヒータから構成されており、該ヒータを蒸発部４の下流面に設けることにより、蒸発部４の上流面より供給される水を蒸発部４において蒸発させる構成を有する。
【００５９】
本実施の形態の装置の動作は、実施の形態１の装置の動作と同様であるためその詳細説明は省略し、相違点のみについて説明する。すなわち、本実施の形態の装置では、起動時において蒸発加熱部４ａを作動させ、蒸発部４が速やかに加熱されて水蒸気反応を行える状態となるように、蒸発部４を直接加熱する。実施の形態１において前述したように、起動直後は蒸発部４の温度が上昇しにくく、蒸発部４を水が蒸発する状態まで加熱するには時間を要するが、本実施の形態のように蒸発加熱部４ａを設けて蒸発部４を直接加熱することにより、より速やかに蒸発部４で水の蒸発を行うことが可能となる。これにより、起動直後に蒸発部４に水を供給しても速やかに安定して水蒸気を発生させることができる。また、本実施の形態の構成によれば、起動時において、万が一、蒸発部４のみに水が供給されたとしても、蒸発部４において水蒸気を発生させることができるため、改質部１における水蒸気不足を回避することが可能となる。
【００６０】
なお、蒸発加熱部４ａの動作は、蒸発部４が加熱部３による加熱のみによって十分に水蒸気反応可能な状態となったら停止させる。このような蒸発加熱部４ａの停止動作の判断は、改質温度測定部２あるいは蒸発温度測定部９の検出温度に基づいて行うことが望ましい。それにより、熱効率の向上を図りつつ水の蒸発を最適化することができる。具体的には、例えば、蒸発部４が十分な水蒸気を発生させることができる状態にある時の改質部１または蒸発部４の温度を、基準値として予め改質温度測定部２あるいは蒸発温度測定部９の検出温度に設定する。ここでは、改質温度測定部２に７００℃に基準値を設定する。そして、該基準値より検出温度が大きくなったら、制御部７が蒸発加熱部４ａを停止させる。なお、基準値は、装置の大きさや運転条件に応じて設定される値であり、これらの条件に応じて適宜設定されるものである。
【００６１】
（実施の形態４）
次に、本発明における第４の実施形態について説明する。図４は本実施の形態における水素生成装置の構成図である。本実施の形態の装置は、実施の形態２に示す装置とほぼ同一の構成を有するが、実施の形態２の装置との相違点は、蒸発部４に水を供給する蒸発供給経路６ｃ中に水の気化部１０が設けられた点である。図５は、本実施の形態の気化部１０の構成の一例を示す模式的な要部断面図である。
【００６２】
図４および図５に示すように、本実施の形態の装置では、水供給部６と蒸発部４とを結ぶ蒸発供給経路６ｃ中に、気化装置１０’が配設されている。気化装置１０’は、水供給口１０ｇと水蒸気出口１０ｈとを有する本体１０ｂの内部に、シースヒータ等の電気ヒータ１０ａと、蓄熱体１０ｃと、水蒸発体１０ｄと、蒸発空間１０ｆとを含んで構成される。水供給口１０ｇおよび水蒸気出口１０ｈは、それぞれ蒸気供給経路６ｃに接続されている。また、本体１０ｂの外壁には、蓄熱体温度測定部１０ｅが設けられている。
【００６３】
気化装置１０’では、水供給部６から蒸発供給経路６ｃを通じて供給された水が、水供給口１０ｇを経て蒸発空間１０ｆに導入される。ここで、気化装置１０’の内部では、電気ヒータ１０ａにより発生した熱が、蓄熱体１０ｃと、水蒸発を安定化させるために設けられた水蒸発体１０ｄ（例えば発泡メタル）とを介して、蒸発空間１０ｆ内の水に与えられる。それにより、水が気化して水蒸気となる。該水蒸気は、水蒸気出口１０ｈから蒸発供給経路６ｃを通じて蒸発部４に供給される。また、ここでは、蓄熱体温度測定部１０ｅにより蓄熱体１０ｃの温度が測定されるとともに、該検出温度に基づいてし水の気化が制御される構成となっている。したがって、気化装置１０’においては、安定して効率よく水の気化を行うことが可能となる。
【００６４】
気化部１０が設けられた本実施の形態の水素生成装置の動作は、実施の形態１の装置の動作と同様であるためその詳細説明は省略し、相違点のみ説明する。すなわち、本実施の形態の装置では、起動時に、気化部１０（気化装置１０’）を前述のように作動させ、気化部１０で得られた水蒸気を蒸発部４に供給する。実施の形態１で前述したように、装置の起動直後の蒸発部４では、水が蒸発する状態まで加熱されるのに時間が必要であることから、気化部１０で水蒸気を予め生成してこれを蒸発部４に直接供給することにより、起動直後でも蒸発部４から改質部１に水蒸気を速やかにかつ安定して供給することができる。
【００６５】
気化部１０の動作は、蒸発部４が加熱部３からの熱による加熱のみによって十分な水蒸気反応を行える状態に達したら停止させる。気化部１０の停止動作の判断は、例えば、改質温度測定部２あるいは蒸発温度測定部９の検出温度に基づいて行う。それにより、水の蒸発を最適化しつつ、熱効率の向上を図ることができる。具体的には、実施の形態３のいて前述したように、例えば、蒸発部４から十分な水蒸気が発生する状態における改質部１または蒸発部４の温度を基準値として予め改質温度測定部２あるいは蒸発温度測定部９の検出温度に設定する。そして、該基準値に基づいて、気化部１０の起動および停止動作を制御することが望ましい。
【００６６】
なお、気化部１０は常時作動させておいても良いが、水の気化に要するエネルギーの消費量を考慮すると、加熱部３からの熱により蒸発部４が自立して水蒸気発生を行える状態になった時には、気化部１０の動作を停止させて蒸発部４のみで水蒸気を発生させることが望ましい。この場合には、気化部１０の影響を受けることなく水供給部６から蒸発部４に水を供給できるように蒸発供給経路６ｃを構成する必要がある。
【００６７】
なお、上記においては、気化部１０が図５に示す気化装置１０’により構成される場合について説明したが、気化部１０の構成は、これに限定されるものではない。図６（ａ），（ｂ）は、本実施の形態の装置に用いられる気化部１０の他の構成例を示す模式的な要部断面図である。
【００６８】
図６（ａ）に示すように、気化部１０は、図５のように気化装置１０’を別個に設けるのではなく、蒸発供給経路６ｃ’を構成する配管の外周に電気ヒータ等の加熱源１０ａを配設することにより構成されてもよい。また、図６（ｂ）に示すように、蒸発供給経路６ｃ’を構成する配管の内部が、周方向壁により区画された二重構造を有し、水の流路となる空間を囲むように電気ヒータ等の加熱源１０ａが配設された加熱源内蔵型の配管により気化部１０が構成されてもよい。
【００６９】
なお、気化部１０は、電気ヒータ等の電気的な加熱源によって加熱される構成に限定されず、他の加熱源、例えば燃焼熱を利用して加熱を行う構成であってもよい。例えば、水素発生装置で生成した水素ガスの供給先から余剰分として排出される水素ガス（例えば、燃料電池アノードオフガス）や、改質反応に用いられる原料の一部を利用して燃焼を行う触媒燃焼装置や火炎燃焼装置等の一般の燃焼機器を加熱源として備えた構成であってもよい。
【００７０】
（実施の形態５）
次に、本発明における第５の実施形態について説明する。本実施の形態の装置は、実施の形態１に示す装置とほぼ同一の構成を有するが、相違点は、改質部１に改質蒸発部１ａが設けられた点である。したがって、本実施の形態の装置の構成の詳細説明は省略し、実施の形態１の装置との相違点のみを説明する。
【００７１】
図７は、実施の形態５における改質部１の構成図である。図７に示すように、本実施の形態では、改質供給経路６ｂと改質部１（具体的には、改質触媒を含んで構成される改質反応部１ｂ）との間に、改質蒸発部１ａが設けられている。改質蒸発部１ａは、加熱部３（図１）からの熱を利用して、後述のように、改質供給経路６ｂを通じて供給された水を水蒸気化するように構成されている。改質蒸発部１ａは、改質供給経路６ｂおよび混合原料供給経路４ｂに接続されており、また、貫通孔１７を通じて改質部１に連通している。このような改質蒸発部１ａは、定常運転時において改質部１の改質触媒体の加熱をできるだけ優先させることが可能であり、かつ、装置起動時に供給される水を安定して蒸発させることが可能であるように構成される必要がある。例えば、本実施の形態では、改質反応部１ｂの外周を囲み、かつ、蒸発部４からの混合原料供給経路１６において改質反応部１ｂの上流側に配置されるように改質蒸発部１ａが配置されている。
【００７２】
本実施の形態の装置は、実施の形態１の装置と同様の動作を行うため、その詳細な説明は省略し、相違点のみについて説明する。すなわち、本実施の形態の装置は、改質供給経路６ｂを通じて改質反応部１ｂに直接水が供給される実施の形態１の装置とは異なり、水供給部６から改質供給経路６ｂを通じてまず改質蒸発部１ａに水が供給される。そして、改質蒸発部１ａにおいて、水が蒸発して水蒸気となり、該水蒸気が貫通孔１７を通って改質反応部１ｂに供給される。このように、改質部１において、改質触媒体を含み改質反応が実施される改質反応部１ｂと、改質反応で用いる水蒸気を得るために水を蒸発させる改質蒸発部１ａとを分離することにより、装置起動直後の水蒸気発生のさらなる安定化を図ることが可能となる。また、定常運転時おいて、蒸発部４で万が一水が十分に蒸発されずに水の状態のままで改質部１に供給されても、改質蒸発部１ａが設けられているため、確実に水蒸気を改質反応部１ｂに供給することができる。したがって、水の蒸発に変動が少なく安定して水蒸気を供給することができ、改質反応の安定化が図れる。
【００７３】
【発明の効果】
本発明により、起動初期においても速やかに改質部に水蒸気を供給できる装置を提供することが可能となり、その結果、従来の水素生成装置の起動初期に生じる熱負荷による改質触媒活性の低下等の問題点を解決することが可能となる。
【００７４】
【符号の説明】
１　　改質部
１ａ　改質蒸発部
２　　改質温度測定部
３　　加熱部
４　　蒸発部
４ａ　蒸発加熱部
５　　原料供給部
６　　水供給部
６ａ　流量切り替え部
６ｂ　改質供給経路
６ｃ　蒸発供給経路
７　　制御部
８　　改質ガス経路
９　　蒸発温度測定部
１０　気化部
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における水素生成装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態２における水素生成装置の構成図である。
【図３】本発明の実施の形態３における水素生成装置の構成図である。
【図４】本発明の実施の形態４における水素生成装置の構成図である。
【図５】図４の水素生成装置の気化部の構成を示す模式図である。
【図６】図４の水素生成装置の気化部の構成の他の例を示す模式図である。
【図７】本発明の実施の形態５における改質部の詳細な構成図である。
【図８】図１の水素生成装置を備えた燃料電池システムの構成を示す模式図である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a hydrogen generator for reforming a fuel containing a compound composed of at least carbon and hydrogen as a main component to generate hydrogen gas, and more particularly, to a hydrogen generator characterized by a device operation at the time of device startup and The present invention relates to a fuel cell system including the same.
[0002]
[Prior art]
As a method for generating a hydrogen-rich gas, there is a steam reforming method in which an organic compound-based fuel and water are reacted using a reforming catalyst while heat is applied from the outside. In the steam reforming method, the water needs to be present in the reforming catalyst in the form of steam in order to react the supplied water with the fuel.
[0003]
In a hydrogen generator using a steam reforming method having a plant scale, there is a method in which a steam supply unit using a boiler or the like is provided outside, and steam obtained in the steam supply unit is supplied to a reforming catalyst layer together with a fuel. Often used. Many small-scale hydrogen generators have a configuration in which a steam supply unit is provided inside the device, and the steam reforming reaction proceeds using the steam obtained here. In the case of a phosphoric acid type fuel cell power generation apparatus using hydrogen gas as a fuel, a fuel cell operates at a temperature of 200 to 250 ° C. as a distributed power generation apparatus. And the steam is supplied to the hydrogen generator.
[0004]
During a steady operation of the hydrogen generator, the change in catalytic activity is easy to grasp because the thermal load on the reforming catalyst is constant. On the other hand, when the apparatus is started, the heat load state changes with time, and the change in the heat load state is a major cause of the decrease in the catalyst activity. Therefore, it is desired to supply steam to the reforming catalyst layer in advance from the viewpoint of protecting the catalytic activity of the reforming catalyst used for steam reforming. As described above, in a hydrogen generator having a steam supply unit such as a boiler, the response is performed by starting the device after stably generating steam in the steam supply unit. Further, in a fuel cell power generator as a distributed power generator disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-275103, a steam supply means is provided in the apparatus, and a nitrogen gas is used in combination with the reformer beforehand. A method has been devised in which the apparatus is started while supplying the steam obtained by the steam supply means.
[0005]
However, in a small-scale hydrogen generator, for example, a home cogeneration system using a polymer fuel cell, if a configuration in which a steam supply device of an external heat source such as a boiler is used in combination with the hydrogen generator is used, the energy of the device is reduced. Efficiency, operating economy, cost, etc. become inefficient. Therefore, in a small-scale hydrogen generator, a configuration in which the device is provided with a heat source for supplying heat required for the reforming reaction is utilized, and a configuration in which steam is generated by using heat obtained from the heat source. Is often taken. For example, in a hydrogen generator, when natural gas is used as a fuel, a steam reforming reaction usually proceeds in a reforming catalyst layer at a temperature of 650 to 750 ° C. Also, in other hydrocarbon-based fuels, heating is performed so that the temperature of the reforming catalyst layer is the same as that in the case of natural gas. In order to effectively use the heat energy after the reaction of the reforming reaction performed at such a high temperature, the steam generating section is usually configured to generate steam using the heat after the reforming reaction. In the hydrogen generator including such a steam generating section, it is possible to effectively use the heat energy after the reforming reaction during the steady operation.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In a hydrogen generator used for a home system, it is necessary to cope with an operating condition in which the device is started and stopped more frequently than a large-scale device on a plant scale. Here, when the apparatus is started, the thermal energy supplied from the heat source is first used for heating the reforming catalyst, and after the reforming catalyst is heated, is used for generating steam in the steam generating section. As described above, since the thermal energy is preferentially used for heating the reforming catalyst at the time of starting the hydrogen generator, sufficient steam is generated in the steam generating section at the time of starting and cannot be supplied to the reforming catalyst. There is a risk. As a result, the reforming catalyst is abnormally heated depending on the device configuration and the heating conditions, and the heat load increases, thereby reducing the activity of the catalyst.
[0007]
An object of the present invention is to solve the above-described problems relating to the conventional hydrogen generator, and specifically, a heat load on the reforming catalyst at the time of starting the apparatus is small, and the operation is sufficient for an operation in which start and stop operations are repeated. It is an object of the present invention to provide a hydrogen generator capable of coping with the above.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a hydrogen generator of the present invention comprises a reforming section that generates a reformed gas containing hydrogen by a reforming reaction from a raw material and steam using a reforming catalyst, and the reforming section that evaporates water to evaporate water. An evaporating unit that supplies the steam to the reforming unit, a heating unit that heats the reforming unit and the evaporating unit, respectively, for the reforming and the evaporating, and directly or via the evaporating unit. A raw material supply unit for supplying a raw material to the reforming unit, a water supply unit for supplying the water, a first water supply passage for supplying the water from the water supply unit to the evaporating unit, and a water supply unit And a second water supply passage for supplying the water to the reforming section.
[0009]
According to this configuration, in the hydrogen generator that steam-reforms a raw material such as a hydrocarbon-based fuel to generate a reformed gas mainly composed of hydrogen, the first and second water supplies to the evaporator and the reformer, respectively. By providing the water supply path, it is possible to supply steam to the reforming section even when the apparatus is started. As a result, it is possible to prevent a decrease in the activity of the reforming catalyst in the reforming section caused by a shortage of steam at the time of starting the apparatus. Therefore, the evaporation of water can be optimized in the operation of the apparatus, and an operation that improves the energy use efficiency of the apparatus can be performed.
[0010]
With the start of the supply of the raw material from the raw material supply unit to the reforming unit, water is supplied from the water supply unit to the reforming unit through the second water supply path, and after a lapse of a predetermined time from the start of the supply, Water may be supplied from the water supply unit to the evaporation unit through the first water supply passage, and supply of the water to the reforming unit may be stopped.
[0011]
In such a configuration, at the time of startup, water is supplied directly to the reforming section in which the temperature has sufficiently risen and the steam reaction and the steam reforming reaction can be performed, instead of the evaporating section where the temperature has not sufficiently risen. When a predetermined time has elapsed and the device has been in a steady operation state, the temperature is sufficiently increased to supply water to the evaporator where the steam reaction can be performed, and stop supplying water to the reformer. I do. This makes it possible to quickly and stably supply steam to the reforming section at the time of start-up and steady operation, and to improve thermal efficiency.
[0012]
The reforming unit further includes a reforming temperature measuring unit that detects a temperature of the gas in the reforming catalyst or the reforming unit, and the raw material supply unit based on the detected temperature information of the reforming temperature measuring unit. The supply of the raw material and the supply of the water from the water supply unit may be controlled.
[0013]
According to this configuration, the supply of water and raw materials to the reforming section and the evaporating section can be controlled based on the temperature of the reforming section, so that stable operation can be realized and the thermal efficiency is improved. A generator is obtained.
[0014]
When the temperature detected by the reforming temperature measurement unit becomes higher than a preset reference value, the water is supplied from the water supply unit to the reforming unit via the second water supply path, The raw material may be supplied from a raw material supply unit to the reforming unit.
[0015]
According to this configuration, since the raw material and the water are reliably supplied to the reforming section that is sufficiently heated to perform the steam reforming reaction, the flow path in the reforming section and the activity of the reforming catalyst are blocked. Steam reforming can be performed promptly without lowering or the like.
[0016]
When the temperature detected by the reforming temperature measuring unit is higher than a preset first reference value, the water is supplied from the water supply unit to the reforming unit via the second water supply passage, When the raw material is supplied from the raw material supply unit to the reforming unit, and the detection temperature of the reforming temperature measurement unit is greater than a second reference value set in advance and larger than the first reference value, Water may be supplied from the water supply unit to the evaporation unit via a first water supply passage, and supply of the water to the reforming unit may be stopped.
[0017]
According to such a configuration, water and raw materials can be supplied to the reforming section in a state where the reforming reaction can be reliably performed by heating sufficiently, and the steam reforming can be quickly performed, and the evaporating section is sufficiently heated. Then, when water can be evaporated, water is supplied to the evaporating section, and steam can be generated here. Therefore, the supply of steam to the reforming section can be stabilized, and at the same time, the thermal efficiency can be improved.
[0018]
The evaporating unit further includes an evaporating temperature measuring unit that detects a temperature of the gas in the evaporating unit or the evaporating unit, and based on the detected temperature information of the evaporating temperature measuring unit, from the water supply unit to the reforming unit and the evaporating unit. The supply of the water to the evaporator may be controlled.
[0019]
According to such a configuration, the supply of water to the reforming section and the evaporating section can be controlled based on the temperature of the evaporating section, so that the steam can be stably supplied and the thermal efficiency is improved. A hydrogen generator is obtained.
[0020]
When the detected temperature of the evaporating temperature measuring unit is smaller than a preset reference value, the water is supplied from the water supply unit to the reforming unit via the second water supply channel, and the evaporating temperature measuring unit When the detected temperature is higher than the reference value, water is supplied from the water supply unit to the evaporation unit via the first water supply passage, and the supply of the water to the reforming unit is stopped. Good.
[0021]
According to this configuration, since the water is reliably supplied to the evaporating section which is sufficiently heated and in a state where the steam reforming reaction can be performed, the steam reforming is quickly performed in the evaporating section to stably supply the steam. It is possible to do.
[0022]
The evaporator may further include an evaporator heater for heating the evaporator.
Further, the evaporation heating section may be controlled based on the temperature of the reforming section or the evaporation section, and when the temperature of the reforming section or the evaporation section is equal to or less than a preset reference value, the second heating section may be controlled. When the water is supplied from the water supply unit to the reforming unit via a water supply passage and the evaporating and heating unit operates, and the temperature of the reforming unit or the evaporating unit is higher than the reference value, The water may be supplied from the water supply unit to the evaporation unit via the first water supply passage, and the evaporation heating unit may be stopped. Further, when the temperature of the reforming section is higher than a first reference value set in advance, the raw material is supplied from the raw material supply section to the reforming section, and the water is supplied from the water supply section through the second water supply passage. The water is supplied to the reforming section, and the evaporating and heating section operates, and the temperature of the reforming section is higher than a second reference value that is higher than the first reference value set in advance. At the same time, water is supplied from the water supply unit to the evaporating unit via the first water supply passage, and the supply of the water to the reforming unit is stopped, and the evaporating unit is stopped. Is also good.
[0023]
Furthermore, a vaporizer for generating steam from water may be provided, and the steam generated in the vaporizer may be supplied to at least one of the reformer and the evaporator, and the temperature of the reformer or the evaporator may be supplied. The vaporization unit may be controlled based on the following. When the temperature of the reforming section or the evaporating section is higher than a preset reference value, the water is supplied from the water supply section to the evaporating section via the first water supply passage and the evaporating section is stopped. You may let it. Further, when the temperature of the reforming section is higher than a first reference value set in advance, the raw material is supplied from the raw material supply section to the reforming section, and the vaporizing section operates to supply the raw material to the reforming section. The steam is supplied, and when the temperature of the reforming section is larger than a second reference value larger than the first reference value set in advance, the water is supplied from the water supply section through the first water supply passage. Water may be supplied to the evaporator and the evaporator may be stopped.
[0024]
According to the above configuration, it is possible to promote the generation of water vapor by providing the evaporation heating unit and the vaporization unit. This makes it possible to more stably supply steam to the reforming section. In addition, by controlling the operation of the evaporating and heating unit and the evaporating unit based on the temperature of the reforming unit or the evaporating unit, it is possible to stably supply steam and improve the thermal efficiency at the same time.
[0025]
The evaporator includes a first evaporator and a second evaporator, and the first evaporator is arranged in contact with the reformer and communicates with the reformer, and at least the second water supply. The water connected to the water supply unit via a channel and supplied to the reforming unit via at least the second water supply channel evaporates in the first evaporator, and the water vapor is supplied to the reformer. And the second evaporator is connected to the water supply unit via the first water supply passage, evaporates the water supplied from the water supply unit, and converts the water vapor into the water. It may be supplied to the quality part.
[0026]
According to such a configuration, since the steam generated in the first evaporator is supplied to the reformer, it is possible to generate and supply steam more stably.
[0027]
The water supply unit may further include a water supply switching unit that switches a supply destination of the water to which of the reforming unit and the evaporation unit the water is supplied. The water supply switching unit may be configured to be capable of adjusting a flow rate of water supplied to the reforming unit and a flow rate of water supplied to the evaporation unit, and the water supply switching unit may be configured to control the water supply switching unit. The water supply path may be switched between which one of the first water supply path and the second water supply path to supply the water.
[0028]
According to such a configuration, a configuration capable of switching the supply of water to the reforming section and the evaporating section is easily realized.
[0029]
At the start of the supply of the raw material to the reforming section, at least one of water and steam may be present in at least one of the reforming section and the evaporating section.
[0030]
According to such a configuration, since water or steam already exists in the steam reaction space or the path of the reforming section and the evaporating section when the apparatus is started, it is possible to more quickly supply steam to the reforming section. .
[0031]
A fuel cell system according to the present invention includes the hydrogen generator according to the present invention, and a fuel cell that generates power using an oxidant and hydrogen supplied from the hydrogen generator.
[0032]
According to such a configuration, since hydrogen is stably supplied to the fuel cell with high thermal efficiency from the hydrogen generator according to the present invention, stable and reliable power generation can be performed with high thermal efficiency.
[0033]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, a case in which the hydrogen generator of the present invention is applied to a household power generation system using a fuel cell will be described. The use of the hydrogen generator according to the present invention is not limited to this.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of the hydrogen generator according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, the hydrogen generator includes a reforming section 1, a heating section 3, a raw material supply section 5 for supplying a raw material to the reforming section 1, and a water supply section for supplying water to the reforming section 1. , A water supply unit 6, an evaporation unit 4 that evaporates water supplied from the water supply unit 6 to generate water vapor, and a control unit 7.
[0034]
In the hydrogen generator, the reforming section 1 and the evaporating section 4 are arranged inside the main body 15, and the heating section 3 for heating the reforming section 1 and the evaporating section 4 is arranged below the main body 15. . The evaporating section 4 is connected to the reforming section 1 through a mixed raw material supply path 16. Further, the reforming section 1 is connected to a reformed gas path 8 for guiding the reformed gas obtained by the steam reforming reaction to the outside. The evaporating section 4 is connected to a raw material supply section 5 disposed outside the main body 15 through a raw material supply path 5a, and is connected to the water supply section 6 through an evaporation supply path 6c. Further, the water supply unit 6 is connected to the reforming unit 1 through the reforming supply path 6b. The raw material supply unit 5 and the water supply unit 4 are controlled by the control unit 7, respectively.
[0035]
In the reforming section 1, the raw material supplied from the raw material supply section 5, specifically, a hydrocarbon component such as natural gas or LPG, an alcohol component such as methanol, or a hydrocarbon compound such as a naphtha component is exemplified. The steam reforming reaction is mainly carried out using a raw material containing a compound composed of at least carbon and hydrogen as a main component and steam obtained by evaporating water supplied from the water supply unit 6. Is The reforming section 1 is provided with a reforming reaction section formed by arranging a reforming catalyst for promoting a reforming reaction, for example, a ruthenium catalyst supported on an alumina carrier. Here, detailed description and illustration of the inside of the reforming section 1 are omitted. The reforming section 1 is provided with a reforming temperature measuring section 2 for measuring the temperature inside the reforming section. Here, the temperature of the reforming section 1 refers to the temperature of the reforming catalyst or the temperature of the gas in the reforming section 1. The reforming temperature measuring unit 2 is configured to include a thermocouple, a thermistor, and the like, and the arrangement position thereof is arbitrary as long as the temperature change of the reforming unit 1 can be measured and the atmosphere. The reformed gas mainly composed of hydrogen gas obtained by the steam reforming reaction in the reforming section 1 is supplied to the outside through the reformed gas passage 8. The hydrogen generator may have a configuration in which a processing unit that processes the reformed gas in accordance with the characteristics of a device to which the hydrogen is supplied is provided downstream of the reforming unit 1. For example, in the hydrogen generator 150 that generates hydrogen gas to be supplied to the fuel cell of the fuel cell system shown in FIG. 8, if carbon monoxide is contained in the hydrogen gas supplied to the fuel cell 151, the function of the fuel cell 151 deteriorates. Therefore, it is necessary to generate a gas having a low carbon monoxide concentration. Therefore, a configuration in which a carbon monoxide conversion unit 152 for reducing carbon monoxide in the reformed gas, a carbon monoxide selective oxidation unit 153, and the like are provided downstream of the reforming unit 1 may be employed. By doing so, the fuel cell 151 can stably generate power using the hydrogen gas with reduced carbon monoxide and the oxidant containing oxygen.
[0036]
The heating unit 3 is arranged as a main function of supplying heat required for the steam reforming reaction to the reforming unit 1, and can also supply heat to the evaporating unit 4 from the configuration of the apparatus. That is, the reforming unit 1 is disposed on the upstream side which receives heat as soon as possible with respect to the flow of heat obtained from the heating unit 3, and the evaporating unit 4 is disposed on the downstream side. The heating unit 3 includes a part of the raw material supplied from the raw material supply unit 5 or a surplus gas returned from a supply destination of the hydrogen gas obtained by the hydrogen generator (for example, an off-gas or the like obtained from a fuel cell power generator). ) Is provided with a flame burner. As the flame burner, for example, a sirocco fan 3a (not shown in detail) for supplying combustion air is used.
[0037]
The evaporating section 4 is a section for evaporating water supplied from the water supply section 6 by using heat from the heating section 3 to generate steam. The steam obtained here is supplied from the raw material supply section 5. The mixed raw material is supplied to the reforming section 1 through the mixed raw material passage 16. Here, the evaporating section 4 is configured to perform not only the evaporation of water but also the preheating of the raw material supplied from the raw material supply section 5.
The raw material supply section 5 supplies a raw material to the reforming section 1. Here, natural gas is used as a raw material. Although not shown in detail, the raw material supply unit 5 has a booster for increasing the supply pressure of natural gas, a desulfurization unit for reducing a sulfur component in the natural gas, and a removal of an odorous component in the natural gas. Zeolite adsorbent.
The water supply unit 6 includes a plunger pump, and supplies ion-exchanged water to the reforming unit 1 and the evaporating unit 4 using the pump. The water supply unit 6 is provided with a flow rate switching unit 6a, and the flow rate switching unit 6a can adjust the amount of water supplied to the reforming unit 1 and the evaporating unit 4.
The control unit 7 controls the raw material supply unit 5 and the water supply unit 6, and controls the supply amounts of the raw material and water supplied to the reforming unit 1 and the evaporation unit 4. Further, the control unit controls the supply amount switching unit 6a of the water supply unit 6 to select a water supply destination. The control unit 7 has a temperature data processing unit for grasping the state of the reforming unit 1 from the temperature measured by the reforming temperature measuring unit 2, and based on the processing information obtained by the processing unit, the raw material supply unit 5 By controlling the water supply unit 6, the supply amounts of the raw material, air, and water are adjusted. Further, the control unit 7 has a storage unit (details not shown) using a semiconductor, and stores the temperature state of the reforming unit 1 in the storage unit.
[0038]
The hydrogen generator of the present embodiment operates the heating unit 3 to first heat the reforming unit 1 and then heats the reforming unit 1 from the viewpoint of improving the energy utilization efficiency during operation of the device, as described above. The evaporating section 4 is heated by using the surplus heat later. The configuration is such that the steam reforming reaction in the reforming section 1 is an endothermic reaction, and in order to obtain a high reaction yield, 650 to 800 ° C. for a hydrocarbon-based material and 300 ° C. for an alcohol-based material. This is because it is necessary to keep the reforming section 1 at the high temperature described above, and therefore, it is desirable to use the high-quality thermal energy obtained from the heating section 3 preferentially in the reforming section 1 first. Further, at the time of steady operation of the apparatus, the heat energy from the heating unit 3 is used for evaporating water in the evaporating unit 4 to perform heat recovery without waste, thereby improving the energy use efficiency of the entire apparatus. Is desirable.
[0039]
However, as described above, when the heating of the reforming section 1 is prioritized over the evaporating section 4, the generation of steam in the evaporating section 4 at the time of starting the apparatus is delayed depending on the apparatus configuration and the heating conditions. It is assumed that the reforming catalyst is abnormally heated because sufficient steam is not supplied to the reforming section 1. When the reforming catalyst is abnormally heated, the specific surface area of the catalyst decreases and the catalytic activity decreases. Further, when the raw material (here, natural gas) is supplied to the high-temperature reforming catalyst in a state where the steam is not sufficient, the possibility that the carbon component is precipitated from the raw material increases. Therefore, in the hydrogen generator of the present embodiment, water vapor is quickly generated at the time of starting the apparatus as described below, whereby the heat load on the reforming catalyst as described above which occurs at the time of starting the conventional hydrogen generator is described. Is performed.
[0040]
Hereinafter, the apparatus start-up operation in the hydrogen generator of the present embodiment will be described together with its effects.
[0041]
First, when starting the apparatus in the stopped state, the heating unit 3 is operated to heat the main body 15 of the apparatus. Here, the reforming unit 1 is preferentially heated by the heat from the heating unit 3. Next, natural gas as a raw material is supplied from the raw material supply unit 5 to the evaporating unit 4 through the raw material supply path 5a, and further supplied to the reforming unit 1 through the mixed raw material supply path 16. On the other hand, water which is a source of steam used for the steam reforming reaction is supplied from the water supply unit 6 to the reforming unit 1. Here, any one of the reforming supply route 6b and the evaporation supply route 6c is used. Supply to the reforming section 1 through the flow path switching section 6a is appropriately selected by switching the supply path.
[0042]
For example, at the time of starting the apparatus (that is, at the beginning of heating), water is temporarily supplied from the water supply unit 6 to the evaporating unit 4 through the evaporating supply path 6c, and water vapor obtained by evaporating the water in the evaporating unit 4 is supplied together with the raw material. When the mixture is supplied to the reforming unit 1 through the passage 16, the ratio of the raw material (specifically, natural gas) in the mixed raw material supplied to the reforming unit 1 may be higher than the ratio of steam. This is for the following reason. That is, when the heating section 3 is operated at the time of starting the apparatus, the heat from the heating section 3 is preferentially used for heating the reforming section 1 as described above. Although the state is not uniform, the temperature rise of the evaporator 4 is delayed according to the heat capacity of the reformer 1. When water is supplied to the reforming section 1 through the evaporating section 4 whose temperature has not risen sufficiently, sufficient water vapor can be obtained because the water does not evaporate sufficiently in the evaporating section 4. Only natural gas is supplied to the reforming section 1. When the reforming unit 1 is heated in a state where the water is not sufficiently evaporated, that is, in a state in which sufficient steam is not supplied to the reforming unit 1, and the temperature of the reforming catalyst in the reforming unit 1 increases, Due to the thermal decomposition of natural gas, carbon deposition occurs on the reforming catalyst and in the reforming section. As a result, the activity of the reforming catalyst is reduced, and the flow path in the reforming section is blocked. Further, since the steam reforming reaction in the reforming section 1 is an endothermic reaction, if the steam reforming reaction does not proceed in the reforming catalyst, the heat given from the heating section 3 is not consumed, so that the temperature of the reforming catalyst becomes lower. It is considered that the temperature tends to be high, and as a result, the catalytic activity decreases. Therefore, in order to prevent such a decrease in the activity of the reforming catalyst, the apparatus of the present embodiment supplies a sufficient amount of steam to the reforming section 1 at the initial stage of heating as follows.
[0043]
That is, in the apparatus of the present embodiment, the reforming supply path 6b and the evaporating supply path 6c are provided in the water supply section 6, so that water can be supplied to each of the reforming section 1 and the evaporating section 4, and By adjusting the amount of water supplied to each of the supply paths 6b and 6c by the flow switching unit 6a, a configuration in which the amount of water supplied to the reforming unit 1 and the evaporating unit 4 can be controlled is realized. For this reason, as described above, the heating of the evaporator 4 is not sufficient immediately after startup, and therefore, during a period in which the water does not sufficiently evaporate in the evaporator 4, water is supplied from the water supply unit 6 to the reforming supply path 6b. The flow rate switching unit 6a is adjusted so as to be supplied, and water is directly supplied to the reforming unit 1 through the passage 6b. When water is directly supplied to the reforming section 1 in this manner, a steam reaction of water is performed in the reforming section 1 which is heated preferentially and whose temperature is rapidly rising. As a result, even at the time of start-up, steam can be promptly and stably present in the reforming section 1, and therefore, there is almost no possibility that carbon deposition due to the thermal decomposition of the raw material as described above occurs. Further, in a state where steam and the raw material are present in the reforming section 1, a steam reforming reaction, which is an endothermic reaction, proceeds on the reforming catalyst as the temperature of the reforming catalyst rises. Therefore, abnormal heating of the reforming catalyst as described above is prevented.
[0044]
On the other hand, when water is directly supplied to the reforming section 1 and water is evaporated (steam reaction) in the reforming section 1 as described above, of the heat given to the reforming section 1 from the heating section 3 Is used for the steam reaction, so that the heat from the heating unit 3 is not used for the steam reaction, that is, compared with the case where the steam generated in advance is directly supplied to the reforming unit 1, the same supply is performed. In terms of the amount of heat, the temperature of the reforming section 1 is reduced by the amount of heat used for the steam reaction. Therefore, in order to maintain the reforming section 1 at a temperature suitable for the steam reforming reaction, it is necessary to supply a larger amount of heat from the heating section 3 than when no heat is used for the steam reaction. For this reason, if water is directly supplied to the reforming section 1, the thermal efficiency of the steam reforming reaction is likely to decrease.
[0045]
Therefore, in the present embodiment, in order to suppress the decrease in the thermal efficiency as described above, the evaporator 4 is sufficiently heated after a predetermined time has elapsed since the start of the apparatus, and the evaporator 4 sufficiently evaporates water. In a state where the operation can be performed (ie, during a steady operation), the flow rate switching unit 6a is controlled to switch the path from the reforming supply path 6b to the evaporation supply path 6c. Then, water is supplied to the evaporating section 4 through the evaporating supply path 6c. Such switching of the supply path is performed by the control unit 7 performing timer control of the flow rate switching unit 6a. The water supplied to the evaporator 4 is turned into steam by a steam reaction in the evaporator 4. Then, the steam is supplied to the reforming section 1 together with the raw material through the mixed raw material flow path 16. By operating as described above, during the steady operation, the heat from the heating unit 3 can be efficiently used for the steam reforming reaction in the reforming unit 1 without causing a loss of heat required for the steam reaction. Further, in the evaporating section 4, steam can be generated by efficiently using the heat from the heating section 3.
[0046]
As described above, in the apparatus of the present embodiment, shortage of steam in the reforming section 1 is prevented by performing the steam reaction directly in the reforming section 1 at the initial stage of heating as described above, thereby Abnormal heating and carbon deposition in the section 1 can be prevented, and during steady operation, steam from the heating section 3 can be effectively used in the evaporating section 4 to generate steam. It is possible to improve the thermal efficiency of the steam reforming reaction in. Therefore, it is possible to realize a hydrogen generator capable of stably generating hydrogen while improving thermal efficiency.
[0047]
In addition, the amount of water supplied to the reforming section 1 at the initial stage of heating and during the steady operation is determined by considering the use conditions such as the reaction temperature and the catalyst volume in the reforming section 1 and the carbon atoms in the raw material (here, natural gas). The number is set in advance with an amount that is preferably at least twice as large as the number. For example, in the present embodiment, 2.5 times is supplied as a standard.
[0048]
In addition, when starting the supply of the raw material and water at the time of starting the apparatus, the control unit 7 controls the raw material supply unit 5 and the water supply unit 6 based on the temperature of the reforming unit 1 detected by the reforming temperature measuring unit 2. To start the supply of the raw material and water to the reforming unit 1. For example, a reference value is provided for the detected temperature in the reforming temperature measuring unit 2, and when the detected temperature becomes higher than the reference value, the control unit 7 controls the raw material supply unit 5, the water supply unit 6, and the flow rate switching unit. Here, the reference value is set to 200 ° C. in which the supply of the raw material and water is started by controlling 6a. This makes it possible to suppress variations in the timing of starting the supply of the raw material and the water, and to quickly and stably evaporate water in the reforming section 1 at the time of starting the apparatus, thereby effectively heating the reforming section 1 abnormally. Can be prevented. Further, if a large amount of water is supplied to the reforming unit 1 in a low temperature state, the gas passage may be blocked in the reforming unit 1 by the water that does not evaporate. Such a situation can be avoided by performing supply after confirming that the temperature has become higher than the reference value. The reference temperature is determined by previously correlating the relationship between the temperature of the reforming unit 1 and the reactivity of the steam reforming reaction, or the relationship between the temperature of the reforming unit 1 and the evaporation state of water. There is a need. Therefore, the reference value differs depending on the size of the apparatus, the assumed operating conditions, and the like. Here, the reference value is set to 200 ° C., but the reference value is not limited to this. . It is desirable that the reference value is set in advance with reference to the temperature at which the water evaporates at the lower limit and the heat resistant temperature of the reforming catalyst at the upper limit.
[0049]
Further, in the above description, the water supply path is switched from the reforming supply path 6b to the evaporative supply path 6c by timer control of the flow rate switching section 6a. Considering the conditions, time is set in advance so that the temperature of the reforming catalyst and the evaporation state of water are optimized.
[0050]
Further, the supply of water may be switched by a method other than the timer control. For example, as a modified example of the present embodiment, a configuration in which the supply of water is switched based on the temperature of the reforming unit 1 to further optimize the evaporation of water may be employed. Specifically, the detected temperature of the reforming temperature measuring unit 2 is set to a reference value (this is referred to as a first reference value) different from the above-mentioned reference value (this is referred to as a first reference value) for starting the supply of the raw material and the water. The control unit 7 controls the flow rate switching unit 6a based on the second reference value. The second reference value is set based on the correlation between the temperature state of the reforming section 1 and the heating state of the evaporating section 4, and corresponds to the state of the evaporating section 4 which has been sufficiently heated to enable the steam reaction. The temperature of the reforming section 1 is set to, for example, 700 ° C. here. Note that the second reference value is appropriately set in advance depending on the size of the device and assumed operating conditions, and the value differs depending on those conditions.
[0051]
First, the switching operation of the supply path in this example is performed when the temperature detected by the reforming temperature measuring unit 2 becomes higher than the second reference value, that is, when the evaporating unit 4 is sufficiently heated and suitable for the steam reaction. Then, the control unit 7 controls the flow rate switching unit 6a to switch the water supply path from the reforming supply path 6b to the evaporation supply path 6c. Thus, the water that has been directly supplied to the reforming section 1 through the reforming supply path 6b as described above is supplied to the reforming section 1 through the evaporating section 4 through the evaporation supply path 6c. As described above, by switching the water supply by grasping the state of the evaporating unit 4 from the temperature of the reforming unit 1, the switching can be performed quickly, and the switching of the reforming unit 1 at the time of the switching can be performed. Insufficient steam can be reliably avoided.
[0052]
Further, in the present embodiment, the raw material is supplied from the raw material supply unit 5 to the reforming unit 1 via the evaporating unit 4, but the raw material is directly supplied to the reforming unit 1 without passing through the evaporating unit 4. It may be. In the case where the raw material is supplied through the evaporating section 4 as described above, the raw material can be heated in advance by the evaporating section 4, and the thermal efficiency is improved.
[0053]
Further, in the present embodiment, at the time of starting the apparatus, the raw material and the water are simultaneously supplied to the reforming section 1 after heating the reforming section 1, but the water is first supplied to the reforming section 1. The raw material may be supplied after the supply. Further, for example, in the reforming section 1 and the evaporating section 4 in a state before being sufficiently heated, an amount of water that does not cause adverse effects such as gas flow path blockage may be supplied in advance to the steam reaction section. Even in this case, the effect shown in the present embodiment is not hindered. By supplying water to the reforming section 1 and the evaporating section 4 in advance in this manner, it is possible to quickly generate steam in the early stage of heating. It is possible to more effectively prevent deterioration, carbon deposition, and the like.
[0054]
In the present embodiment, the switching of the water supply path by the flow rate switching unit 6a is performed, for example, by changing the amount of water supplied from the water supply unit 6 to the reforming supply path 6b and the evaporation supply path 6c by using a supply pump. The control may be performed by adjusting the operating conditions described above, or by providing an electromagnetic valve in the paths 6b and 6c and adjusting the opening and closing thereof. Further, the switching may be performed stepwise by gradually changing the supply amounts to each of the reforming section 1 and the evaporating section 4. For example, the electromagnetic valves provided in the respective supply paths 6b and 6c may be switched once. Alternatively, the supply path may be switched by fully opening and closing completely, and the switching from the reforming section 1 to the evaporating section 4 may be performed at once.
[0055]
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a configuration diagram of the hydrogen generator according to the present embodiment. The apparatus according to the present embodiment has substantially the same configuration as the apparatus described in the first embodiment, except for the evaporating section 4 or the evaporating temperature measuring section 9 which detects the temperature of the gas in the evaporating section 4. Is provided.
[0056]
The operation of the apparatus according to the present embodiment is the same as the operation of the apparatus according to the first embodiment. Therefore, detailed description thereof will be omitted, and only different points will be described. In the apparatus of the present embodiment in which the evaporating section 4 is provided with the evaporating temperature measuring section 9, a reference value is provided for the temperature detected by the evaporating temperature measuring section 9, and when the detected temperature becomes higher than the reference value. Similarly to the first embodiment, the supply destination of water is switched from the reforming unit 1 to the evaporation unit 4 by the flow rate switching unit 6a. The reference value is set to, for example, 200 ° C. in consideration of the generation state of water vapor in the evaporator 4 from the operating conditions of the apparatus. Note that the reference value differs depending on operating conditions such as the size of the apparatus and the amount of supplied water, and is appropriately set in advance in accordance with those conditions.
[0057]
In the present embodiment, unlike the case of the first embodiment in which the heating state of the evaporating unit 4 is indirectly grasped from the temperature of the reforming unit 1 detected by the reforming temperature measuring unit 2, the temperature of the evaporating unit 4 is changed. Since the evaporating temperature is directly measured by the evaporating temperature measuring part 9, the evaporating part 4 heated to a state suitable for evaporating water can supply water at a certain timing without fail. Therefore, even when the water supply is switched, the generation of steam is performed quickly and stably, and the evaporation of water can be further optimized. Therefore, shortage of steam in the reforming section 1 at the time of switching can be avoided.
[0058]
(Embodiment 3)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a configuration diagram of the hydrogen generator according to the present embodiment. The device of the present embodiment has almost the same configuration as the device of the second embodiment, but differs from the device of the second embodiment in that the evaporator 4 heats the evaporator 4 or the gas in the evaporator 4. This is the point at which the evaporation heating section 4a is provided. Although not shown in detail here, the evaporating and heating unit 4 a is formed of a sheathed heater, and is provided from the upstream surface of the evaporating unit 4 by providing the heater on the downstream surface of the evaporating unit 4. It has a configuration for evaporating water in the evaporator 4.
[0059]
The operation of the device according to the present embodiment is the same as the operation of the device according to the first embodiment, and thus detailed description thereof will be omitted, and only different points will be described. That is, in the apparatus according to the present embodiment, the evaporator 4 is directly heated such that the evaporator 4 is operated at the time of start-up, so that the evaporator 4 is quickly heated to a state where a steam reaction can be performed. As described above in the first embodiment, the temperature of the evaporator 4 hardly rises immediately after startup, and it takes time to heat the evaporator 4 to a state in which water evaporates. By directly heating the evaporating section 4 by providing the heating section 4a, it becomes possible to more quickly evaporate water in the evaporating section 4. Thereby, even if water is supplied to the evaporating section 4 immediately after the start, steam can be quickly and stably generated. Further, according to the configuration of the present embodiment, at the time of startup, even if water is supplied only to evaporator 4, steam can be generated in evaporator 4, so that steam in reformer 1 can be generated. Shortage can be avoided.
[0060]
The operation of the evaporating and heating unit 4a is stopped when the evaporating unit 4 is brought into a state in which a sufficient steam reaction is possible only by heating by the heating unit 3. It is desirable that such a determination of the stop operation of the evaporating heating unit 4a be made based on the temperature detected by the reforming temperature measuring unit 2 or the evaporating temperature measuring unit 9. Thereby, the evaporation of water can be optimized while improving the thermal efficiency. Specifically, for example, the temperature of the reforming unit 1 or the evaporating unit 4 when the evaporating unit 4 is in a state capable of generating sufficient water vapor is set as a reference value in advance by using the reforming temperature measuring unit 2 or the evaporating temperature. The temperature is set to the temperature detected by the measuring unit 9. Here, a reference value is set to 700 ° C. in the reforming temperature measuring section 2. Then, when the detected temperature becomes higher than the reference value, the control unit 7 stops the evaporation heating unit 4a. The reference value is a value that is set according to the size of the device and operating conditions, and is appropriately set according to these conditions.
[0061]
(Embodiment 4)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a configuration diagram of the hydrogen generator according to the present embodiment. The device of the present embodiment has almost the same configuration as the device of the second embodiment, but differs from the device of the second embodiment in that an evaporating supply path 6 c for supplying water to the evaporating section 4 is provided. The point is that a water vaporizing section 10 is provided. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of an essential part showing an example of the configuration of the vaporizing section 10 of the present embodiment.
[0062]
As shown in FIGS. 4 and 5, in the apparatus of the present embodiment, a vaporizer 10 ′ is provided in an evaporation supply path 6 c connecting the water supply unit 6 and the evaporation unit 4. The vaporizer 10 ′ includes an electric heater 10 a such as a sheath heater, a heat storage unit 10 c, a water evaporator 10 d, and an evaporation space 10 f inside a main body 10 b having a water supply port 10 g and a water vapor outlet 10 h. Is done. Each of the water supply port 10g and the steam outlet 10h is connected to the steam supply path 6c. A heat storage body temperature measuring unit 10e is provided on the outer wall of the main body 10b.
[0063]
In the vaporizer 10 ', the water supplied from the water supply unit 6 through the evaporation supply path 6c is introduced into the evaporation space 10f through the water supply port 10g. Here, inside the vaporizer 10 ′, the heat generated by the electric heater 10 a passes through the heat storage body 10 c and the water evaporator 10 d (for example, foamed metal) provided for stabilizing water evaporation. It is given to water in the evaporation space 10f. As a result, the water evaporates to become steam. The steam is supplied from the steam outlet 10h to the evaporating section 4 through the evaporating supply path 6c. Further, here, the temperature of the heat storage unit 10c is measured by the heat storage unit temperature measurement unit 10e, and the vaporization of water is controlled based on the detected temperature. Therefore, in the vaporizer 10 ', it is possible to stably and efficiently vaporize water.
[0064]
The operation of the hydrogen generator of the present embodiment provided with the vaporization section 10 is the same as the operation of the apparatus of the first embodiment, and therefore detailed description thereof will be omitted, and only different points will be described. That is, in the apparatus of the present embodiment, at the time of startup, the vaporizing section 10 (vaporizing apparatus 10 ′) is operated as described above, and the steam obtained by the vaporizing section 10 is supplied to the evaporating section 4. As described above in the first embodiment, in the evaporating section 4 immediately after the start-up of the apparatus, it takes time to heat the water to a state where the water evaporates. Is supplied directly to the evaporator 4 so that steam can be quickly and stably supplied from the evaporator 4 to the reforming unit 1 even immediately after startup.
[0065]
The operation of the vaporizing section 10 is stopped when the evaporating section 4 reaches a state where a sufficient steam reaction can be performed only by heating with the heat from the heating section 3. The determination of the stop operation of the vaporization unit 10 is performed based on, for example, the temperature detected by the reforming temperature measurement unit 2 or the evaporation temperature measurement unit 9. Thereby, the thermal efficiency can be improved while optimizing the evaporation of water. Specifically, as described above in the third embodiment, for example, the temperature of the reforming unit 1 or the evaporating unit 4 in a state where sufficient steam is generated from the evaporating unit 4 is set in advance as a reference temperature. 2 or the temperature detected by the evaporation temperature measuring unit 9. Then, it is desirable to control the start and stop operations of the vaporization unit 10 based on the reference value.
[0066]
The evaporator 10 may be operated at all times, but in consideration of the energy consumption required for evaporating water, the evaporator 4 becomes self-sustained by the heat from the heater 3 and can generate steam. In such a case, it is desirable to stop the operation of the vaporizing section 10 and generate steam only in the evaporating section 4. In this case, it is necessary to configure the evaporation supply path 6c so that water can be supplied from the water supply unit 6 to the evaporation unit 4 without being affected by the vaporization unit 10.
[0067]
In the above description, the case where the vaporizing unit 10 is configured by the vaporizing device 10 ′ shown in FIG. 5 has been described, but the configuration of the vaporizing unit 10 is not limited to this. FIGS. 6A and 6B are schematic cross-sectional views of main parts showing another configuration example of the vaporization unit 10 used in the apparatus of the present embodiment.
[0068]
As shown in FIG. 6A, the vaporizing section 10 is not provided with a vaporizer 10 ′ separately as shown in FIG. 5, but is provided with a heating source such as an electric heater on the outer periphery of a pipe constituting the evaporation supply path 6c ′. 10a may be provided. Further, as shown in FIG. 6B, the inside of the pipe constituting the evaporation supply path 6c 'has a double structure defined by circumferential walls, and surrounds a space that becomes a water flow path. The vaporization unit 10 may be configured by a piping with a built-in heating source in which a heating source 10a such as an electric heater is provided.
[0069]
In addition, the vaporization part 10 is not limited to the structure heated by an electric heating source such as an electric heater, and may be configured to perform heating using another heating source, for example, combustion heat. For example, a hydrogen gas (eg, fuel cell anode off-gas) discharged as a surplus from a supply destination of the hydrogen gas generated by the hydrogen generator, or a catalyst that burns using a part of the raw material used for the reforming reaction A configuration in which general combustion equipment such as a combustion device or a flame combustion device is provided as a heating source may be used.
[0070]
(Embodiment 5)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. The apparatus of the present embodiment has substantially the same configuration as the apparatus shown in the first embodiment, except that the reforming section 1 is provided with a reforming evaporation section 1a. Therefore, a detailed description of the configuration of the apparatus according to the present embodiment will be omitted, and only differences from the apparatus according to the first embodiment will be described.
[0071]
FIG. 7 is a configuration diagram of the reforming unit 1 according to the fifth embodiment. As shown in FIG. 7, in the present embodiment, a reforming section is provided between the reforming supply path 6b and the reforming section 1 (specifically, a reforming reaction section 1b including a reforming catalyst). A quality evaporator 1a is provided. The reforming evaporating section 1a is configured to use the heat from the heating section 3 (FIG. 1) to convert water supplied through the reforming supply path 6b into steam, as described later. The reforming evaporation section 1a is connected to the reforming supply path 6b and the mixed material supply path 4b, and communicates with the reforming section 1 through the through hole 17. Such a reforming evaporating section 1a can prioritize the heating of the reforming catalyst of the reforming section 1 as much as possible during a steady operation, and stably evaporates water supplied at the time of starting the apparatus. Need to be configured to be able to do so. For example, in the present embodiment, the reforming and evaporating section 1a surrounds the outer periphery of the reforming reaction section 1b, and is arranged on the upstream side of the reforming reaction section 1b in the mixed raw material supply path 16 from the evaporating section 4. Is arranged.
[0072]
Since the device of the present embodiment performs the same operation as the device of the first embodiment, detailed description thereof will be omitted, and only different points will be described. That is, the apparatus of the present embodiment is different from the apparatus of the first embodiment in which water is directly supplied to the reforming reaction section 1b through the reforming supply path 6b. Water is supplied to the reforming evaporator 1a. Then, in the reforming evaporator 1a, the water evaporates to form steam, and the steam is supplied to the reformer 1b through the through holes 17. As described above, in the reforming section 1, the reforming reaction section 1b including the reforming catalyst body and performing the reforming reaction, and the reforming evaporating section 1a for evaporating water to obtain steam used in the reforming reaction. Is separated, it is possible to further stabilize the generation of water vapor immediately after starting the apparatus. In addition, even if water is not sufficiently evaporated in the evaporating section 4 and supplied to the reforming section 1 in a water state during the steady operation, the reforming evaporating section 1a is provided. Can be supplied to the reforming reaction section 1b. Therefore, water vapor can be supplied stably with little fluctuation in the evaporation of water, and the reforming reaction can be stabilized.
[0073]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide a device that can quickly supply steam to the reforming section even in the early stage of startup, and as a result, the reduction of the reforming catalyst activity due to the heat load that occurs in the early stage of startup of the conventional hydrogen generator, etc. Can be solved.
[0074]
[Explanation of symbols]
1 Reforming unit
1a Reforming evaporation section
2 Reforming temperature measuring section
3 heating section
4 Evaporation section
4a Evaporation heating unit
5 Raw material supply department
6 Water supply department
6a Flow rate switching unit
6b Reform supply path
6c Evaporation supply path
7 control unit
8 Reformed gas path
9 Evaporation temperature measurement section
10 Vaporization unit
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a hydrogen generator according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a hydrogen generator according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of a hydrogen generator according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram of a hydrogen generator according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of a vaporization unit of the hydrogen generator of FIG.
FIG. 6 is a schematic diagram showing another example of the configuration of the vaporization unit of the hydrogen generator of FIG.
FIG. 7 is a detailed configuration diagram of a reforming unit according to Embodiment 5 of the present invention.
8 is a schematic diagram showing a configuration of a fuel cell system including the hydrogen generator of FIG.

Claims (21)

改質触媒体を用いて原料および水蒸気から改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質部と、
水を蒸発させて前記改質部に前記水蒸気を供給する蒸発部と、
前記改質のため及び前記蒸発のために、それぞれ、前記改質部及び前記蒸発部を加熱する加熱部と、
直接又は前記蒸発部を介して前記改質部に原料を供給する原料供給部と、
前記水を供給する水供給部と、
前記水供給部から前記水を前記蒸発部に供給するための第１の給水路と、
前記水供給部から前記水を前記改質部に供給するための第２の給水路とを備えた、水素発生装置。A reforming unit that generates a reformed gas containing hydrogen by a reforming reaction from a raw material and steam using a reforming catalyst,
An evaporator for evaporating water and supplying the steam to the reformer;
For the reforming and for the evaporation, a heating unit for heating the reforming unit and the evaporating unit, respectively,
A raw material supply unit for supplying a raw material to the reforming unit directly or through the evaporating unit;
A water supply unit for supplying the water,
A first water supply passage for supplying the water from the water supply unit to the evaporating unit;
A hydrogen supply device for supplying the water from the water supply unit to the reforming unit; 前記原料供給部から前記改質部への前記原料の供給開始に伴い、前記水供給部から前記第２の給水路を通じて前記改質部に水が供給され、前記供給開始から所定時間経過後、前記水供給部から前記第１の給水路を通じて前記蒸発部に水が供給されるとともに前記改質部への前記水の供給が停止される請求項１記載の水素生成装置。With the start of the supply of the raw material from the raw material supply unit to the reforming unit, water is supplied from the water supply unit to the reforming unit through the second water supply path, and after a lapse of a predetermined time from the start of the supply, 2. The hydrogen generator according to claim 1, wherein water is supplied from the water supply unit to the evaporator through the first water supply channel, and supply of the water to the reformer is stopped. 3. 前記改質部は、前記改質触媒体または前記改質部内のガスの温度を検出する改質温度測定部をさらに備え、
前記改質温度測定部の検出温度情報に基づいて前記原料供給部からの前記原料の供給および前記水供給部からの前記水の供給が制御されることを特徴とする請求項１記載の水素生成装置。The reforming unit further includes a reforming temperature measuring unit that detects a temperature of the gas in the reforming catalyst or the reforming unit,
The hydrogen generation according to claim 1, wherein supply of the raw material from the raw material supply unit and supply of the water from the water supply unit are controlled based on detected temperature information of the reforming temperature measurement unit. apparatus. 前記改質温度測定部の検出温度が予め設定した基準値より大きくなった際に、前記第２の給水路を介して前記水供給部から前記改質部に前記水が供給されるとともに、前記原料供給部から前記改質部に前記原料が供給されることを特徴とする請求項３記載の水素生成装置。When the temperature detected by the reforming temperature measurement unit becomes higher than a preset reference value, the water is supplied from the water supply unit to the reforming unit via the second water supply path, The hydrogen generator according to claim 3, wherein the raw material is supplied to the reforming unit from a raw material supply unit. 前記改質温度測定部の検出温度が予め設定した第１の基準値より大きい時に、前記第２の給水路を介して前記水供給部から前記改質部に前記水が供給されるとともに、前記原料供給部から前記改質部に前記原料が供給され、
前記改質温度測定部の検出温度が、予め設定した、前記第１の基準値よりも大きな第２の基準値よりも大きい時に、前記第１の給水路を介して前記水供給部から前記蒸発部に水が供給されるとともに、前記改質部への前記水の供給が停止されることを特徴とする請求項３記載の水素生成装置。When the temperature detected by the reforming temperature measuring unit is higher than a preset first reference value, the water is supplied from the water supply unit to the reforming unit via the second water supply passage, The raw material is supplied from the raw material supply unit to the reforming unit,
When the detected temperature of the reforming temperature measuring unit is larger than a preset second reference value larger than the first reference value, the evaporation from the water supply unit via the first water supply passage. 4. The hydrogen generator according to claim 3, wherein water is supplied to the reforming unit and supply of the water to the reforming unit is stopped. 前記蒸発部は、該蒸発部または該蒸発部内のガスの温度を検出する蒸発温度測定部をさらに備え、
前記蒸発温度測定部の検出温度情報に基づいて前記水供給部から前記改質部および前記蒸発部への前記水の供給が制御されることを特徴とする請求項１記載の水素生成装置。The evaporating unit further includes an evaporating temperature measuring unit that detects a temperature of the gas in the evaporating unit or the evaporating unit,
2. The hydrogen generator according to claim 1, wherein supply of the water from the water supply unit to the reforming unit and the evaporation unit is controlled based on temperature information detected by the evaporation temperature measurement unit. 3. 前記蒸発温度測定部の検出温度が予め設定した基準値より小さい時には、前記第２の給水路を介して前記水供給部から前記改質部に前記水が供給され、かつ、前記蒸発温度測定部の検出温度が前記基準値より大きい時には、前記第１の給水路を介して前記水供給部から前記蒸発部に水が供給されるとともに前記改質部への前記水の供給が停止されることを特徴とする請求項６記載の水素生成装置。When the detected temperature of the evaporating temperature measuring unit is smaller than a preset reference value, the water is supplied from the water supply unit to the reforming unit via the second water supply channel, and the evaporating temperature measuring unit When the detected temperature is higher than the reference value, water is supplied from the water supply unit to the evaporation unit via the first water supply channel, and supply of the water to the reforming unit is stopped. The hydrogen generator according to claim 6, characterized in that: 前記蒸発部は、該蒸発部の加熱を行う蒸発加熱部をさらに備えことを特徴とする請求項１記載の水素生成装置。The hydrogen generator according to claim 1, wherein the evaporator further includes an evaporator heater that heats the evaporator. 前記改質部または前記蒸発部の温度に基づいて前記蒸発加熱部が制御されることを特徴とする請求項８記載の水素生成装置。9. The hydrogen generator according to claim 8, wherein the evaporation heating unit is controlled based on a temperature of the reforming unit or the evaporation unit. 前記改質部または前記蒸発部の温度が予め設定した基準値以下の時に、前記第２の給水路を介して前記水供給部から前記改質部に前記水が供給されるとともに前記蒸発加熱部が動作し、
前記改質部または前記蒸発部の温度が前記基準値より大きい時に、前記第１の給水路を介して前記水供給部から前記蒸発部に前記水が供給されるとともに前記蒸発加熱部が停止されることを特徴とする請求項９記載の水素生成装置。When the temperature of the reforming section or the evaporating section is equal to or less than a preset reference value, the water is supplied from the water supply section to the reforming section via the second water supply passage, and the evaporating heating section Works,
When the temperature of the reforming section or the evaporating section is higher than the reference value, the water is supplied from the water supply section to the evaporating section via the first water supply passage, and the evaporating heating section is stopped. The hydrogen generator according to claim 9, wherein: 前記改質部の温度が予め設定した第１の基準値より大きい時に、前記原料供給部から前記改質部に前記原料が供給されるとともに前記水供給部から前記第２の給水路を介して前記改質部に前記水が供給され、また、前記蒸発加熱部が動作し
前記改質部の温度が、予め設定した前記第１の基準値よりも大きな第２の基準値よりも大きい時に、前記水供給部から前記第１の給水路を介して前記蒸発部に水が供給されるとともに前記改質部への前記水の供給が停止され、また、前記蒸発加部が停止されることを特徴とする請求項１０記載の水素生成装置。When the temperature of the reforming section is higher than a first reference value set in advance, the raw material is supplied from the raw material supply section to the reforming section, and the water is supplied from the water supply section through the second water supply passage. When the water is supplied to the reforming unit, and the evaporating and heating unit operates and the temperature of the reforming unit is larger than a second reference value larger than the first reference value set in advance, Water is supplied from the water supply unit to the evaporating unit via the first water supply passage, and the supply of the water to the reforming unit is stopped, and the evaporating unit is stopped. The hydrogen generator according to claim 10, characterized in that: さらに、水から水蒸気を生成させる気化部を備え、該気化部で生成された水蒸気が前記改質部および前記蒸発部の少なくとも一方に供給されることを特徴とする請求項１記載の水素生成装置。The hydrogen generator according to claim 1, further comprising a vaporizer configured to generate steam from water, wherein the steam generated in the vaporizer is supplied to at least one of the reformer and the evaporator. . 前記改質部または前記蒸発部の温度に基づいて前記気化部が制御されることを特徴とする請求項１２記載の水素生成装置。The hydrogen generator according to claim 12, wherein the vaporization unit is controlled based on a temperature of the reforming unit or the evaporation unit. 前記改質部または前記蒸発部の温度が予め設定した基準値より大きい時に、前記第１の給水路を介して前記水供給部から前記蒸発部に前記水が供給されるとともに前記気化部が停止されることを特徴とする請求項１３記載の水素生成装置。When the temperature of the reforming section or the evaporating section is higher than a preset reference value, the water is supplied from the water supply section to the evaporating section via the first water supply passage and the evaporating section is stopped. The hydrogen generator according to claim 13, wherein the hydrogen generation is performed. 前記改質部の温度が予め設定した第１の基準値より大きい時に、前記原料供給部から前記改質部に前記原料が供給されるとともに前記気化部が動作し、
前記改質部の温度が、予め設定した前記第１の基準値よりも大きな第２の基準値よりも大きい時に、前記水供給部から前記第１の給水路を介して前記蒸発部に水が供給されるとともに前記気化部が停止されることを特徴とする請求項１４記載の水素生成装置。When the temperature of the reforming section is higher than a first reference value set in advance, the raw material is supplied from the raw material supply section to the reforming section and the vaporizing section operates,
When the temperature of the reforming section is larger than a second reference value larger than the preset first reference value, water is supplied from the water supply section to the evaporation section via the first water supply passage. 15. The hydrogen generator according to claim 14, wherein the gas is supplied and the vaporization unit is stopped. 前記蒸発部は、第１蒸発部と第２蒸発部とを備え、　前記第１の蒸発部は、前記改質部に接して配置され前記改質部に連通するとともに、少なくとも前記第２の給水路を介して前記水供給部に連結され、少なくとも前記第２の給水路を介して前記改質部に供給される前記水が該第１の蒸発部で蒸発してその水蒸気が前記改質部へ供給されるとともに、
前記第２の蒸発部は、前記第１の給水路を介して前記水供給部に接続され、前記水供給部から供給される前記水を蒸発させてその水蒸気が前記改質部に供給されることを特徴とする請求項１記載の水素生成装置。The evaporator includes a first evaporator and a second evaporator, and the first evaporator is disposed in contact with the reformer and communicates with the reformer, and at least the second water supply. The water connected to the water supply unit via a channel and supplied to the reforming unit via at least the second water supply channel evaporates in the first evaporator, and the water vapor is supplied to the reformer. To be supplied to
The second evaporator is connected to the water supply unit via the first water supply passage, evaporates the water supplied from the water supply unit, and supplies the steam to the reformer. The hydrogen generator according to claim 1, wherein: 前記水供給部は、前記改質部および前記蒸発部のいずれに水が供給されるか水の供給先を切り替える水供給切り替え部をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の水素生成装置。2. The hydrogen generator according to claim 1, wherein the water supply unit further includes a water supply switching unit that switches a water supply destination to which of the reforming unit and the evaporation unit water is supplied. 3. 前記水供給切り替え部は、前記改質部へ供給される水の流量および前記蒸発部へ供給される水の流量を調整可能に構成されたことを特徴とする請求項１７記載の水素生成装置。18. The hydrogen generator according to claim 17, wherein the water supply switching unit is configured to adjust a flow rate of water supplied to the reforming unit and a flow rate of water supplied to the evaporating unit. 前記水供給切り替え部は、前記第１の給水路および前記第２の給水路のいずれを通じて水を供給するかの給水路の切り替えが可能に構成されたことを特徴とする請求項１７記載の水素生成装置。18. The hydrogen according to claim 17, wherein the water supply switching unit is configured to be able to switch a water supply path through which of the first water supply path and the second water supply path water is supplied. Generator. 前記改質部への前記原料の供給開始時において、前記改質部および前記蒸発部の少なくとも一方に、水および水蒸気の少なくとも一方が存在することを特徴とする請求項１記載の水素生成装置。2. The hydrogen generator according to claim 1, wherein at least one of water and steam is present in at least one of the reforming unit and the evaporating unit when the supply of the raw material to the reforming unit is started. 3. 請求項１〜２０のいずれかに記載の水素生成装置と、
酸化剤および前記水素生成装置より供給される水素を用いて発電する燃料電池とを備えることを特徴とする燃料電池システム。A hydrogen generator according to any one of claims 1 to 20,
A fuel cell system, comprising: a fuel cell that generates power using an oxidant and hydrogen supplied from the hydrogen generator.
JP2003073381A 2002-03-26 2003-03-18 Hydrogen generating apparatus and fuel cell system equipped with the same Withdrawn JP2004002154A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003073381A JP2004002154A (en) 2002-03-26 2003-03-18 Hydrogen generating apparatus and fuel cell system equipped with the same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002085106 2002-03-26
JP2003073381A JP2004002154A (en) 2002-03-26 2003-03-18 Hydrogen generating apparatus and fuel cell system equipped with the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2004002154A true JP2004002154A (en) 2004-01-08

Family

ID=30445971

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003073381A Withdrawn JP2004002154A (en) 2002-03-26 2003-03-18 Hydrogen generating apparatus and fuel cell system equipped with the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2004002154A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006137668A (en) * 2004-01-22 2006-06-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd Hydrogen producing apparatus and fuel cell generating set
JP2010033767A (en) * 2008-07-25 2010-02-12 Toshiba Corp Fuel cell power generation system and failure cause estimating method for same
US9559371B2 (en) 2012-03-12 2017-01-31 Aisin Sieki Kabushiki Kaisha Fuel cell system

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006137668A (en) * 2004-01-22 2006-06-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd Hydrogen producing apparatus and fuel cell generating set
JP4664808B2 (en) * 2004-01-22 2011-04-06 パナソニック株式会社 Hydrogen production apparatus and fuel cell power generation apparatus
JP2010033767A (en) * 2008-07-25 2010-02-12 Toshiba Corp Fuel cell power generation system and failure cause estimating method for same
US9559371B2 (en) 2012-03-12 2017-01-31 Aisin Sieki Kabushiki Kaisha Fuel cell system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8623563B2 (en) Method for starting-up solid oxide fuel cell system
JP5164441B2 (en) Starting method of fuel cell system
WO2001048851A1 (en) Power generation device and operation method therefor
JP2008204655A (en) Reformer system, fuel cell system, and its operation method
EP1350760B1 (en) Hydrogen generation system and fuel cell system having the same
JP5037214B2 (en) Reformer system, fuel cell system, and operation method thereof
JPWO2007091632A1 (en) Fuel cell system
JPWO2006088018A1 (en) Hydrogen generator, operating method thereof, and fuel cell system
US8097371B2 (en) Hydrogen generator, fuel cell system comprising the same, and operation method thereof
US8951683B2 (en) Hydrogen generator, fuel cell system including hydrogen generator, and method for operating hydrogen generator
JP2005170784A (en) Hydrogen generator, method of operating hydrogen generator and fuel cell power system
JP2005174745A (en) Operation method of fuel cell system and fuel cell system
JP4902165B2 (en) Fuel cell reformer and fuel cell system comprising the fuel cell reformer
JP2004002154A (en) Hydrogen generating apparatus and fuel cell system equipped with the same
JP2005060192A (en) Apparatus for producing hydrogen
JP4847759B2 (en) Operation method of hydrogen production apparatus, hydrogen production apparatus, and fuel cell power generation apparatus
JP2003077517A (en) Fuel cell system
WO2012032744A1 (en) Fuel cell system
JP2019169256A (en) High temperature operation fuel cell system
JP2006342047A (en) Reformer, method for controlling pump in fuel cell system, and control unit
JP2018186079A (en) High temperature operation fuel cell system
JP2004315284A (en) Reformer, and system using reformer
JP6650582B2 (en) Hydrogen generation system and operation method thereof
WO2012029322A1 (en) Hydrogen generation device and fuel cell system equipped with same
WO2011036886A1 (en) Fuel cell system and operation method for fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050823

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20071112