JP2005206457A - Hydrogen generator, and fuel cell system using hydrogen generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は燃料電池に供給する水素を生成する水素生成装置、及び水素生成装置を用いた燃料電池システムに関するものである。より詳しくは、運転停止動作時に一酸化炭素低減部内で水蒸気が凝縮しないように加熱を行う水素生成装置、及び水素生成装置を用いた燃料電池システムに関するものである。 The present invention relates to a hydrogen generator for generating hydrogen to be supplied to a fuel cell, and a fuel cell system using the hydrogen generator. More specifically, the present invention relates to a hydrogen generator that performs heating so that water vapor does not condense in the carbon monoxide reduction unit during a shutdown operation, and a fuel cell system using the hydrogen generator.
エネルギーを有効に利用する分散型発電装置として、発電効率および総合効率の高い燃料電池コージェネレーションシステムが注目されている。 A fuel cell cogeneration system with high power generation efficiency and high overall efficiency has attracted attention as a distributed power generator that effectively uses energy.
燃料電池の多く、例えば実用化されているリン酸型燃料電池や、開発が進められている固体高分子型燃料電池(以下、PEFCと呼ぶ。)は、水素を燃料として発電する。しかし、水素はインフラとして整備されていないため、システムの設置場所で生成させる必要がある。 Many fuel cells, for example, phosphoric acid fuel cells that have been put into practical use and solid polymer fuel cells (hereinafter referred to as PEFC) that are being developed, generate electricity using hydrogen as fuel. However, since hydrogen is not provided as infrastructure, it must be generated at the site where the system is installed.
水素生成方法の一つとして、水蒸気改質法がある。水蒸気改質法は、天然ガス、LPG、ナフサ、ガソリン、灯油等の炭化水素系、メタノール等のアルコール系の原料を水と混合して、改質触媒を設けた改質部で水蒸気改質反応させ、水素を発生させる方法である。 One of the hydrogen generation methods is a steam reforming method. In the steam reforming method, natural gas, LPG, naphtha, gasoline, kerosene and other hydrocarbon-based materials such as methanol are mixed with water, and a steam reforming reaction is performed in a reforming section provided with a reforming catalyst. And generating hydrogen.
この水蒸気改質反応では一酸化炭素(以下、COと呼ぶ。)が副成分として生成し、改質部後の改質ガス中にはCOが約10〜15%含まれる。改質ガス中に含まれるCOは、固体高分子型燃料電池の電極触媒を被毒して発電能力を低下させるため、CO低減部を設けて、水素生成装置出口において改質ガス中のCO濃度を100ppm以下、好ましくは10ppm以下に除去する必要がある。 In this steam reforming reaction, carbon monoxide (hereinafter referred to as CO) is generated as a subcomponent, and about 10 to 15% of CO is contained in the reformed gas after the reforming section. The CO contained in the reformed gas poisons the electrode catalyst of the polymer electrolyte fuel cell and lowers the power generation capacity. Therefore, a CO reduction unit is provided and the CO concentration in the reformed gas at the hydrogen generator outlet Must be removed to 100 ppm or less, preferably 10 ppm or less.
通常、水素生成装置のCO低減部は、COと水蒸気が反応して水素と二酸化炭素を生成する水性ガスシフト反応を進行させるシフト反応触媒を有するシフト反応部と、空気を供給して空気中の酸素とCOを選択酸化反応させる選択酸化触媒またはCOをメタン化させることによって除去するメタン化触媒のどちらか少なくとも一方を有するCO除去部とを連結させることにより、改質ガス中のCO濃度を10ppm以下に除去する。 In general, the CO reduction unit of the hydrogen generator includes a shift reaction unit having a shift reaction catalyst that causes a water gas shift reaction in which CO and steam react to generate hydrogen and carbon dioxide, and oxygen in the air by supplying air. And a CO removal section having at least one of a selective oxidation catalyst for selectively oxidizing CO and a methanation catalyst for removing CO by methanation, thereby connecting the CO concentration in the reformed gas to 10 ppm or less. To remove.
ところでPEFCは電力の需要に応じて起動させ、停止させることがエネルギー利用効率向上のために必要である。これに対応して水素生成装置も起動、停止を行う必要がある。 By the way, it is necessary to start and stop PEFC according to the demand for electric power in order to improve energy utilization efficiency. In response to this, it is necessary to start and stop the hydrogen generator.
水素生成装置の停止時には安全性および改質触媒の耐久性を考慮して、水素生成装置内に残存する可燃性ガスを水蒸気を用いてパージする方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
発電していたPEFCを停止するために水素生成装置を停止するときは、通常各部の温度は高くなっているため、水蒸気によってパージをしても、その後空気または原料ガスによって水蒸気をパージして水素生成装置外部に排出するならば、水素生成装置内に水が凝縮してしまうことはない。 When stopping the hydrogen generator to stop the PEFC that was generating electricity, the temperature of each part is usually high, so even if purging with steam, the steam is purged with air or source gas and then hydrogen If discharged outside the generator, water will not condense inside the hydrogen generator.
一方、水素生成装置起動時は原料供給部および水供給部からそれぞれ原料と水を改質部
へ供給し、改質部加熱部により改質部の加熱を行うことによって、水蒸気改質反応によって生成した改質ガスがシフト反応部およびCO除去部を通過して伝熱することによって、シフト反応部およびCO除去部を昇温させる。
On the other hand, when the hydrogen generator is started, raw material and water are supplied from the raw material supply unit and the water supply unit to the reforming unit, respectively, and the reforming unit is heated by the reforming unit heating unit. The reformed gas that has passed through the shift reaction section and the CO removal section conducts heat to raise the temperature of the shift reaction section and the CO removal section.
このため、シフト反応部およびCO除去部の昇温には時間がかかる。装置の大きさ、構成等によって異なるが、一例ではシフト反応部およびCO除去部の温度を検出すると、温度が100℃を超えるまでに30〜40分の時間が必要であった。 For this reason, it takes time to raise the temperature of the shift reaction unit and the CO removal unit. In one example, when the temperatures of the shift reaction unit and the CO removal unit were detected, it took 30 to 40 minutes for the temperature to exceed 100 ° C., depending on the size and configuration of the apparatus.
この様に、水素生成装置の起動途中で何らかの原因で停止しなければならない場合などは、特に水素生成装置の下流部にあるCO低減部は常温に近い状態であることが多い。その時水蒸気によってパージを行うと、CO低減部において水が凝縮してしまい、CO低減部内部に収めたCO低減触媒上で凝縮してしまうことがある。このCO低減触媒上での水の凝縮は、CO低減触媒の特性低下を引き起こすという課題があった。 As described above, especially when the hydrogen generator has to be stopped for some reason during the start-up, the CO reduction unit in the downstream portion of the hydrogen generator is often in a state close to normal temperature. If purging with water vapor at that time, water may condense in the CO reduction part and may condense on the CO reduction catalyst housed in the CO reduction part. Condensation of water on the CO-reducing catalyst has a problem in that the characteristics of the CO-reducing catalyst are deteriorated.
また、水素生成装置にヒーターなどの加熱手段を用いたものもあるが、起動時に触媒を加熱するためにのみ使用しており、停止時に触媒を加熱することはなかった。したがって、起動直後に運転を停止するような場合には、CO低減部の温度が十分に上昇していないために、パージ用のガスに含まれる水が凝縮して触媒の劣化を招く恐れがあった。 Moreover, although there exist some which used heating means, such as a heater, in the hydrogen production | generation apparatus, it was used only for heating a catalyst at the time of starting, and the catalyst was not heated at the time of a stop. Therefore, when the operation is stopped immediately after startup, the temperature of the CO reduction unit is not sufficiently increased, so that water contained in the purge gas may condense and cause deterioration of the catalyst. It was.
上記従来の課題を考慮し、本発明の目的は、停止時にCO低減部内で水を凝縮させない水素生成装置、及びそれを用いた燃料電池システムを提供することである。 In view of the above-described conventional problems, an object of the present invention is to provide a hydrogen generator that does not condense water in the CO reduction unit when stopped, and a fuel cell system using the same.
上記の目的を達成するために、第1の本発明は、原料と水を反応させ水素リッチな改質ガスを生成する改質触媒を有する改質部と、前記改質部を加熱するための改質部加熱部と、前記改質ガス中の一酸化炭素を低減させる一酸化炭素低減触媒を有する一酸化炭素低減部と、前記一酸化炭素低減部、前記一酸化炭素低減触媒、及び前記一酸化炭素低減部を通過する前記改質ガス、のうち少なくともいずれか1つを加熱するための一酸化炭素低減加熱部と、制御部とを備え、運転停止動作時に、前記制御部の制御により、一酸化炭素低減部内の水蒸気が凝縮しない第1の所定温度以上になるように前記一酸化炭素低減加熱部を動作させることを特徴とする水素生成装置である。 In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention provides a reforming unit having a reforming catalyst that generates a hydrogen-rich reformed gas by reacting a raw material with water, and for heating the reforming unit. A reforming section heating section, a carbon monoxide reduction section having a carbon monoxide reduction catalyst for reducing carbon monoxide in the reformed gas, the carbon monoxide reduction section, the carbon monoxide reduction catalyst, and the one A carbon monoxide reduction heating unit for heating at least one of the reformed gas that passes through the carbon oxide reduction unit, and a control unit, at the time of shutdown operation, by the control of the control unit, In the hydrogen generating apparatus, the carbon monoxide reduction heating unit is operated so as to be equal to or higher than a first predetermined temperature at which water vapor in the carbon monoxide reduction unit is not condensed.
又、第2の本発明は、前記一酸化炭素低減部は、シフト反応部およびCO除去部であり、前記一酸化炭素低減加熱部は、シフト反応部加熱部およびCO除去部加熱部であり、前記シフト反応部の有する一酸化炭素低減触媒は、シフト反応触媒であり、前記CO除去部の有する一酸化炭素低減触媒は、選択酸化触媒およびメタン化触媒の少なくとも一方を含む、第1の本発明の水素生成装置である。 In the second aspect of the present invention, the carbon monoxide reduction unit is a shift reaction unit and a CO removal unit, and the carbon monoxide reduction heating unit is a shift reaction unit heating unit and a CO removal unit heating unit, The carbon monoxide reduction catalyst of the shift reaction unit is a shift reaction catalyst, and the carbon monoxide reduction catalyst of the CO removal unit includes at least one of a selective oxidation catalyst and a methanation catalyst. This is a hydrogen generator.
又、第3の本発明は、前記一酸化炭素低減部の温度を検出する一酸化炭素低減部温度検出部を備え、運転停止動作時において、前記一酸化炭素低減部の温度が少なくとも前記第一の所定温度以下になっている間は、前記制御部の制御により、前記一酸化炭素低減加熱部を動作させる、第1の本発明の水素生成装置である。 The third aspect of the present invention further includes a carbon monoxide reduction unit temperature detection unit that detects a temperature of the carbon monoxide reduction unit, and the temperature of the carbon monoxide reduction unit is at least the first when the operation is stopped. The hydrogen generating device according to the first aspect of the present invention operates the carbon monoxide reduction heating unit under the control of the control unit while the temperature is below the predetermined temperature.
又、第4の本発明は、運転停止動作時に、停止指令に基づいて、前記制御部の制御により、前記一酸化炭素低減加熱部を動作させる、第1の本発明の水素生成装置である。 The fourth aspect of the present invention is the hydrogen generator according to the first aspect of the present invention, wherein the carbon monoxide reduction heating unit is operated by the control of the control unit based on a stop command during the operation stop operation.
又、第5の本発明は、停止指令が出てから一定時間経過後に、前記制御部の制御により、前記一酸化炭素低減加熱部の動作を停止する、第4の本発明の水素生成装置である。 The fifth aspect of the present invention is the hydrogen generator according to the fourth aspect of the present invention, wherein the operation of the carbon monoxide reduction heating unit is stopped under the control of the control unit after a predetermined time has elapsed since the stop command was issued. is there.
又、第6の本発明は、前記改質部の温度を検出する改質部温度検出部を備え、運転停止動作時に、前記制御部の制御により、原料および水の供給を停止し、前記制御部の制御により、前記一酸化炭素低減加熱部を動作させ、前記改質部温度検出部によって検出された温度が、改質触媒上に炭素が析出しない温度になったときに、前記制御部の制御により、原料を供給して水素生成装置内をパージし、その後、前記制御部の制御により、原料の供給および一酸化炭素低減加熱部の動作を停止する、第1乃至5のいずれかの本発明の水素生成装置である。 In addition, the sixth aspect of the present invention includes a reforming unit temperature detection unit that detects the temperature of the reforming unit, and stops the supply of raw materials and water by the control of the control unit during the operation stop operation. When the temperature detected by the reforming unit temperature detection unit reaches a temperature at which no carbon is deposited on the reforming catalyst, the control unit controls the control unit to operate the carbon monoxide reduction heating unit. The raw material is supplied by control to purge the inside of the hydrogen generator, and then the supply of the raw material and the operation of the carbon monoxide reduction heating unit are stopped by the control of the control unit. It is the hydrogen generator of the invention.
又、第7の本発明は、第1のパージ用ガスを供給するための第1のパージ用ガス供給部と、第2のパージ用ガスを供給するための第2のパージ用ガス供給部と、前記改質部の温度を検出する改質部温度検出部とを備え、前記運転停止動作時において、前記改質部温度検出部によって検出された温度が、第2の所定温度以下の場合、前記水素生成装置が前記第2のパージ用ガスで満たされるまで、前記制御部の制御により、前記第2供給部を動作させ、前記改質部温度検出部によって検出された温度が、第2の所定温度以下でない場合、前記制御部の制御により、前記第1のパージ用ガス供給部を動作させ、前記改質部温度検出部による検出温度が前記第2の所定温度以下になった後、前記制御部の制御により、前記第2のパージ用ガス供給部を、前記水素生成装置が前記第2のパージ用ガスで満たされるまで動作させる、第1乃至5のいずれかの本発明の水素生成装置である。 A seventh aspect of the present invention is a first purge gas supply unit for supplying a first purge gas, a second purge gas supply unit for supplying a second purge gas, A reforming unit temperature detection unit that detects the temperature of the reforming unit, and when the temperature detected by the reforming unit temperature detection unit is equal to or lower than a second predetermined temperature at the time of the shutdown operation, The second supply unit is operated under the control of the control unit until the hydrogen generation device is filled with the second purge gas, and the temperature detected by the reforming unit temperature detection unit is a second value. When the temperature is not lower than a predetermined temperature, the first purge gas supply unit is operated by the control of the control unit, and the temperature detected by the reforming unit temperature detection unit becomes equal to or lower than the second predetermined temperature. The second purge gas supply unit is controlled by the control unit. The hydrogen generator is operating to be filled with the second purge gas is any hydrogen generator of the present invention the first to 5.
又、第8の本発明は、前記第1のパージ用ガスは水蒸気であり、前記第2のパージ用ガスは空気であって、前記第2の所定温度とは、前記改質触媒が酸化されない温度である、第7の本発明の水素生成装置である。 According to an eighth aspect of the present invention, the first purge gas is water vapor, the second purge gas is air, and the second predetermined temperature does not oxidize the reforming catalyst. It is a hydrogen generator of the 7th present invention which is temperature.
又、第9の本発明は、前記第1のパージ用ガスは水蒸気であり、前記第2のパージ用ガスは原料であって、前記第2の所定温度とは、前記改質触媒上に炭素が析出しない温度である、第7の本発明の水素生成装置である。 According to a ninth aspect of the present invention, the first purge gas is water vapor, the second purge gas is a raw material, and the second predetermined temperature is defined as carbon on the reforming catalyst. This is the hydrogen generator of the seventh aspect of the present invention at a temperature at which no precipitation occurs.
又、第10の本発明は、前記第1のパージ用ガスは、燃焼排ガス、不活性ガスのいずれかである、第7の本発明の水素生成装置である。 A tenth aspect of the present invention is the hydrogen generator according to the seventh aspect of the present invention, wherein the first purge gas is either a combustion exhaust gas or an inert gas.
又、第11の本発明は、第1乃至10のいずれかの本発明の水素生成装置と、前記水素生成装置によって生成された水素を用いて発電を行う燃料電池とを備えた、燃料電池システムである。 An eleventh aspect of the present invention is a fuel cell system comprising the hydrogen generator according to any one of the first to tenth aspects of the present invention, and a fuel cell that generates power using the hydrogen generated by the hydrogen generator. It is.
本発明により、停止時にCO低減部内で水を凝縮させない水素生成装置、及びそれを用いた燃料電池システムを提供することが出来る。 According to the present invention, it is possible to provide a hydrogen generator that does not condense water in the CO reduction section when stopped, and a fuel cell system using the same.
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
(実施の形態1)
図1は、本実施の形態1における水素生成装置の構成図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of the hydrogen generation apparatus according to the first embodiment.
図1に示す様に、本実施の形態1の水素生成装置1は、炭化水素系の原料と水から水素リッチガスを生成する改質触媒を有する改質部101と、改質部101に原料を供給する原料供給部102と、改質部101に水を供給する水供給部103とを備えている。 As shown in FIG. 1, the hydrogen generator 1 of Embodiment 1 includes a reforming unit 101 having a reforming catalyst that generates a hydrogen-rich gas from a hydrocarbon-based material and water, and a raw material in the reforming unit 101. A raw material supply unit 102 for supplying water and a water supply unit 103 for supplying water to the reforming unit 101 are provided.
この改質部101には、改質部101を加熱する改質部加熱部104と、改質部101の温度を検出する改質部温度検出部105が設置されている。供給された原料と水が改質部101にて、改質部加熱部104で加熱されることによって改質ガスが生成される。又、改質部加熱部104による加熱量は、改質部温度検出部105で検出される改質触媒の温度によって決定される。 The reforming unit 101 is provided with a reforming unit heating unit 104 that heats the reforming unit 101 and a reforming unit temperature detection unit 105 that detects the temperature of the reforming unit 101. The supplied raw material and water are heated in the reforming unit 101 by the reforming unit heating unit 104 to generate a reformed gas. The amount of heating by the reforming unit heating unit 104 is determined by the temperature of the reforming catalyst detected by the reforming unit temperature detection unit 105.
尚、改質部温度検出部105は改質触媒通過後の改質ガスの温度を検出できるような構成にしてもよい。又、上記原料供給部102から供給する原料は、少なくとも炭素及び水素から構成される化合物を含んでおればよく、一例として、天然ガス、LPG、ナフサ、ガソリン、灯油等の炭化水素系原料、メタノール等のアルコール原料が挙げられる。 The reforming unit temperature detecting unit 105 may be configured to detect the temperature of the reformed gas after passing through the reforming catalyst. Moreover, the raw material supplied from the raw material supply unit 102 only needs to contain a compound composed of at least carbon and hydrogen, and examples thereof include hydrocarbon raw materials such as natural gas, LPG, naphtha, gasoline, kerosene, methanol, and the like. Alcohol raw materials such as
又、原料の供給方向を基準として改質部101の下流側に、改質部101から供給される改質ガス中のCOを水性ガスシフト反応により低減するためのシフト反応触媒(図示せず)を有しているシフト反応部111が設置されている。このシフト反応部111には、シフト反応部111、シフト反応触媒、改質ガスを加熱するためのシフト反応部加熱部112と、シフト反応部111内部を流れる改質ガスの温度を検出するためのシフト反応部温度検出部113が設置されている。なお、シフト反応部111は、本発明の一酸化炭素低減部の一例である。シフト反応触媒は、本発明の一酸化炭素低減触媒の一例である。シフト反応部加熱部112は、本発明の一酸化炭素低減加熱部の一例である。シフト反応部温度検出部113は、本発明の一酸化炭素低減部温度検出部の一例である。 In addition, a shift reaction catalyst (not shown) for reducing CO in the reformed gas supplied from the reforming unit 101 by a water gas shift reaction is provided downstream of the reforming unit 101 with reference to the raw material supply direction. The shift reaction part 111 which has is installed. The shift reaction unit 111 includes a shift reaction unit 111, a shift reaction catalyst, a shift reaction unit heating unit 112 for heating the reformed gas, and a temperature for detecting the temperature of the reformed gas flowing in the shift reaction unit 111. A shift reaction unit temperature detection unit 113 is provided. The shift reaction unit 111 is an example of the carbon monoxide reduction unit of the present invention. The shift reaction catalyst is an example of the carbon monoxide reduction catalyst of the present invention. The shift reaction part heating part 112 is an example of the carbon monoxide reduction heating part of the present invention. The shift reaction part temperature detection part 113 is an example of the carbon monoxide reduction part temperature detection part of this invention.
尚、本実施の形態1においては、シフト反応部加熱部112として電気ヒーターを用い、シフト反応部111外側に取り付けた。又、シフト反応部加熱部112は、電気ヒーターに
限らず、バーナ、触媒燃焼方式などシフト反応部111を加熱できるものであればよい。尚、シフト反応部温度検出部113は、シフト反応触媒の温度を検出できるようにしてもよい。
In the first embodiment, an electric heater is used as the shift reaction unit heating unit 112 and is attached to the outside of the shift reaction unit 111. Moreover, the shift reaction part heating part 112 should just be what can heat the shift reaction part 111, such as not only an electric heater but a burner and a catalytic combustion system. Note that the shift reaction unit temperature detection unit 113 may detect the temperature of the shift reaction catalyst.
又、シフト反応部111の下流側に、シフト反応部111通過後の改質ガス中のCOをさらに低減するためのCO除去触媒を有するCO除去部121が設置されている。このCO除去部121には、CO除去部121、CO除去触媒、及び改質ガスのうち少なくともいずれか一つを加熱するCO除去部加熱部123と、CO除去部121内部を流れる改質ガスの温度を検出するCO除去部温度検出部124が設置されている。又、このCO除去部121とシフト反応部111の間には、空気を供給するための空気供給部122が設置されている。CO除去部では、空気供給部122から供給する空気中の酸素と改質ガス中のCOを選択酸化反応によって低減する。なお、CO除去部121は、本発明の一酸化炭素低減部の一例である。CO除去触媒は、本発明の一酸化炭素低減触媒の一例である。CO除去部加熱部123は、本発明の一酸化炭素低減加熱部の一例である。CO除去部温度検出部124は、本発明の一酸化炭素低減部温度検出部の一例である。 Further, a CO removal unit 121 having a CO removal catalyst for further reducing CO in the reformed gas after passing through the shift reaction unit 111 is installed on the downstream side of the shift reaction unit 111. The CO removal unit 121 includes a CO removal unit heating unit 123 that heats at least one of the CO removal unit 121, the CO removal catalyst, and the reformed gas, and a reformed gas that flows through the CO removal unit 121. A CO removal unit temperature detection unit 124 for detecting the temperature is installed. An air supply unit 122 for supplying air is installed between the CO removal unit 121 and the shift reaction unit 111. In the CO removal unit, oxygen in the air supplied from the air supply unit 122 and CO in the reformed gas are reduced by a selective oxidation reaction. The CO removing unit 121 is an example of the carbon monoxide reducing unit of the present invention. The CO removal catalyst is an example of the carbon monoxide reduction catalyst of the present invention. The CO removal unit heating unit 123 is an example of the carbon monoxide reduction heating unit of the present invention. The CO removal unit temperature detection unit 124 is an example of a carbon monoxide reduction unit temperature detection unit of the present invention.
尚、CO除去触媒はメタン化反応によって改質ガス中のCOを低減する触媒であってもよい。また選択酸化反応を進行させる触媒およびメタン化反応を進行させる触媒を併用して収めてもよい。すなわち、CO除去触媒は、選択酸化反応を触媒する選択酸化触媒、メタン化反応を触媒するメタン化触媒のいずれか一方、あるいは両方を含んでもよい。又、本実施の形態1においては、CO除去部加熱部123として電気ヒーターを用い、CO除去部121外側に取り付けた。なお、CO除去部加熱部123は、電気ヒーターに限らず、バーナ、触媒燃焼方式などCO除去部121を加熱できるものであればよい。なお、CO除去部温度検出部124は、CO除去触媒の温度を検出できるようにしてもよい。 The CO removal catalyst may be a catalyst that reduces CO in the reformed gas by a methanation reaction. Further, a catalyst for promoting the selective oxidation reaction and a catalyst for promoting the methanation reaction may be used in combination. That is, the CO removal catalyst may include one or both of a selective oxidation catalyst that catalyzes a selective oxidation reaction, a methanation catalyst that catalyzes a methanation reaction, or both. In the first embodiment, an electric heater is used as the CO removal unit heating unit 123 and is attached to the outside of the CO removal unit 121. Note that the CO removal unit heating unit 123 is not limited to an electric heater, and any unit that can heat the CO removal unit 121 such as a burner or a catalytic combustion method may be used. The CO removal unit temperature detection unit 124 may detect the temperature of the CO removal catalyst.
又、本実施の形態1の水素生成装置1は、その停止時に空気を供給するためのパージ用空気供給部106を改質部101の上流側に備えている。 Further, the hydrogen generator 1 of the first embodiment includes a purge air supply unit 106 for supplying air when the hydrogen generator 1 is stopped on the upstream side of the reforming unit 101.
なお、図中の実線は、各要素との間で原料、水、空気、水素リッチなガスが送られる関係を示し、実線の矢印は、原料、水、空気、水素リッチなガスが送られる方向を示す。 In addition, the solid line in the figure indicates the relationship in which the raw material, water, air, and hydrogen-rich gas are sent between each element, and the solid line arrow indicates the direction in which the raw material, water, air, and hydrogen-rich gas are sent. Indicates.
又、水素生成運転1の停止動作時に、シフト反応部加熱部112及びCO除去部加熱部123の加熱量を制御し、原料供給部102の停止等の各構成要素の動作を制御するための制御部200が設置されている。制御部200は、原料供給部102、水供給部103、パージ用空気供給部106、改質部加熱部104、シフト反応部加熱部112、CO除去部加熱部123、空気供給部122に対して、制御すべく接続されている。また、制御部200には、改質部温度検出部105、シフト反応部温度検出部113、CO除去部温度検出部124から送られる信号が入力されるべく接続されている。なお、図中の点線は制御部との間で信号が送受信される接続関係を示し、点線の矢印は信号の送られる方向を示す。 In addition, during the stop operation of the hydrogen generation operation 1, the amount of heating of the shift reaction unit heating unit 112 and the CO removal unit heating unit 123 is controlled, and the control for controlling the operation of each component such as the stop of the raw material supply unit 102 is performed. Part 200 is installed. The control unit 200 controls the raw material supply unit 102, the water supply unit 103, the purge air supply unit 106, the reforming unit heating unit 104, the shift reaction unit heating unit 112, the CO removal unit heating unit 123, and the air supply unit 122. Connected to control. Further, the control unit 200 is connected to receive signals sent from the reforming unit temperature detection unit 105, the shift reaction unit temperature detection unit 113, and the CO removal unit temperature detection unit 124. In addition, the dotted line in a figure shows the connection relationship in which a signal is transmitted / received between control parts, and a dotted line arrow shows the direction where a signal is sent.
尚、本発明の一酸化炭素低減部は、本実施の形態1ではシフト反応部111とCO除去部121で構成されているが、CO濃度が所定濃度以下でよい場合、その所定濃度に合わせ片方のみで構成してもよい。 The carbon monoxide reduction unit of the present invention is configured by the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121 in the first embodiment, but when the CO concentration may be equal to or lower than the predetermined concentration, one of the carbon monoxide reduction units is adjusted to the predetermined concentration. You may comprise only.
次に、制御部200について説明する。図8は、制御装置200の概略構成を示す配線図である。制御装置200は、I/O入力ポート201、CPU202、記憶装置203、I/O出力ポート204、バス205、入力装置206、出力装置207を備えている。I/O入力ポート201、CPU202、記憶装置203、I/O出力ポート204はそれぞれバス205を介して接続されている。入力装置206はI/O入力ポート201に接続されている。出力装置207はI/O出力ポート204に接続されている。I/O入力ポート201には、被制御量を検出する検出装置、すなわち、改質部温度検出部105、シフト反応部温度検出部113、CO除去部温度検出部124も接続されている。I/O出力ポート204には、制御対象、すなわち、原料供給部102、水供給部103、改質部加熱部104、パージ用空気供給部106、シフト反応部加熱部112、空気供給部122、CO除去部加熱部123も接続されている。
Next, the control unit 200 will be described. FIG. 8 is a wiring diagram illustrating a schematic configuration of the control device 200. The control device 200 includes an I / O input port 201, a
なお、本実施の形態では、入力装置206にはキーボード等が、また出力装置207にはディスプレイ等が用いられる。 In this embodiment, a keyboard or the like is used as the input device 206, and a display or the like is used as the output device 207.
次に、図8を参照しながら、制御装置200の動作について説明する。水素生成量などの設定値などは、入力装置206により入力され、I/O入力ポート201を経由してCPU202に送られる。CPU202により、必要に応じてそれらの情報が記憶装置203に記憶される。各検出装置により検出された被制御量の検出値を示す信号は、I/O入力ポート201を経由して、CPU202に送られる。CPU202により、必要に応じて、それらの検出値が記憶装置203に記憶される。また、制御プログラムは、記憶装置203に予め記憶されている。CPU202により、記憶装置203に記憶されている検出値、制御プログラムなどを用いて制御対象の制御目標値などが計算される。さらにCPU202により、計算結果から必要であれば、記憶装置203に記憶されている制御目標値などが書き換えられる。また、必要に応じて、CPU202により、制御対象への操作量を示す信号が、I/O出力ポート204を経由して、制御対象へ送信される。また、記憶装置203に記憶されている制御目標値、検出値、制御プログラムなどは、I/O出力ポート204を経由して、出力装置207により出力され、確認される。以上のような動作で、制御装置200により、被制御量の値が検出、制御され、水素生成装置1が運転される。
Next, the operation of the control device 200 will be described with reference to FIG. A set value such as a hydrogen generation amount is input by the input device 206 and sent to the
ここで、本実施の形態1における水素生成装置1によりCOを低減された水素を含む改質ガスは、PEFC(図示せず)に供給され、前記PEFCに供給された酸素を含む酸化剤と反応して発電する。 Here, the reformed gas containing hydrogen whose CO is reduced by the hydrogen generator 1 in the first embodiment is supplied to the PEFC (not shown) and reacted with the oxidant containing oxygen supplied to the PEFC. To generate electricity.
上記構成における本実施の形態1の水素生成装置1の運転動作を、一例をもとに説明する。 The operation of the hydrogen generator 1 of the first embodiment having the above configuration will be described based on an example.
水素生成装置1運転時は原料供給部102から原料と、水供給部103から水を改質部101内に収めた改質触媒へ供給する。そして改質部温度検出部105で検出される温度が650℃となるように改質部加熱部104で加熱を行い、水蒸気改質反応を進行させる。改質部101通過後の改質ガス中のCO濃度は約10%である。 During the operation of the hydrogen generator 1, the raw material is supplied from the raw material supply unit 102 and the water is supplied from the water supply unit 103 to the reforming catalyst stored in the reforming unit 101. Then, the reforming section heating section 104 is heated so that the temperature detected by the reforming section temperature detection section 105 is 650 ° C., and the steam reforming reaction proceeds. The CO concentration in the reformed gas after passing through the reforming unit 101 is about 10%.
改質部101通過後の改質ガスは、改質ガス中のCOを低減するために、改質ガスシフト反応部111へ供給する。改質ガス中のCOはシフト反応部111に収めたシフト反応触媒によって水性ガスシフト反応が進行することにより低減される。シフト反応部111通過後の改質ガス中のCO濃度は約0.3%である。 The reformed gas after passing through the reforming unit 101 is supplied to the reformed gas shift reaction unit 111 in order to reduce CO in the reformed gas. The CO in the reformed gas is reduced as the water gas shift reaction proceeds by the shift reaction catalyst stored in the shift reaction unit 111. The CO concentration in the reformed gas after passing through the shift reaction unit 111 is about 0.3%.
さらに改質ガス中のCOを低減するために、シフト反応部111通過後の改質ガス中に
空気供給部122から空気を供給し混合させて、CO除去部121へ供給する。改質ガス中のCO濃度は、CO除去部121内に収めたCO除去触媒による選択酸化反応によって、100ppm以下にまで低減される。このCO濃度が低減された改質ガスがPEFCへ供給され発電が行われる。
Further, in order to reduce CO in the reformed gas, air is supplied from the air supply unit 122 to the reformed gas that has passed through the shift reaction unit 111 and mixed, and then supplied to the CO removal unit 121. The CO concentration in the reformed gas is reduced to 100 ppm or less by the selective oxidation reaction by the CO removal catalyst housed in the CO removal unit 121. The reformed gas with reduced CO concentration is supplied to the PEFC to generate power.
本実施の形態1に係る水素生成装置1の運転停止動作時における制御プログラムの一例について、図2のフロー図を用いて説明する。なお、運転停止とは、運転の終了だけでなく、中断など、水素の生成を停止するあらゆる場合の動作を含むものである。また、運転停止動作時とは、停止指令が出てから、水素生成装置が停止するまでの一連の動作が行われている時間を指す。 An example of the control program at the time of the operation stop operation of the hydrogen generator 1 according to Embodiment 1 will be described with reference to the flowchart of FIG. The operation stop includes not only the end of the operation but also the operation in every case of stopping the production of hydrogen such as interruption. The operation stop operation time refers to the time during which a series of operations are performed from when a stop command is issued until the hydrogen generator is stopped.
はじめに、ステップS1にて改質部加熱部104は制御部200によって停止される。 First, the reforming unit heating unit 104 is stopped by the control unit 200 in step S1.
次に、ステップS2にて、シフト反応部温度検出部113により検出された温度又はCO除去部温度検出部124によって検出された温度が、本発明の第1の所定温度の一例である100℃以下か否かの判定が制御部200によって行われる。 Next, in step S2, the temperature detected by the shift reaction unit temperature detection unit 113 or the temperature detected by the CO removal unit temperature detection unit 124 is 100 ° C. or less, which is an example of the first predetermined temperature of the present invention. Is determined by the control unit 200.
ここで、第1の所定温度はシフト反応部111及びCO除去部121の内部における水蒸気の露点である。運転停止動作時において、前記内部の気圧は大気圧より高く、また水蒸気によるパージを行う際は、前記内部の水蒸気分圧はほぼ100%となるが、前記内部における露点はほぼ100℃となる。よって、以下、本明細書では、第一の所定温度を100℃として説明する。しかし、前記内部の圧力または水蒸気の分圧によっては、必ずしも露点が100℃とはならない場合もある。よって、第一の所定温度は100℃に限られず、シフト反応部111及びCO除去部121において水蒸気が凝縮しない温度(すなわち露点よりも高い温度)であれば、如何なる温度であっても構わない。 Here, the first predetermined temperature is a dew point of water vapor inside the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121. During the shutdown operation, the internal atmospheric pressure is higher than atmospheric pressure, and when purging with water vapor, the internal water vapor partial pressure is approximately 100%, but the internal dew point is approximately 100 ° C. Therefore, hereinafter, in this specification, the first predetermined temperature is assumed to be 100 ° C. However, depending on the internal pressure or the partial pressure of water vapor, the dew point may not always be 100 ° C. Therefore, the first predetermined temperature is not limited to 100 ° C., and may be any temperature as long as the water vapor does not condense in the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121 (that is, a temperature higher than the dew point).
次に、100℃以下の場合は、ステップS3にて制御部200はシフト反応部加熱部112及びCO除去部加熱部123を動作させ、シフト反応部111及びCO除去部121の加熱を開始する。このとき制御部200は、シフト反応部温度検出部113およびCO除去部温度検出部124の検出する温度が100℃より高くなるように加熱の制御を行う。この加熱によって、後に供給される水蒸気はシフト反応触媒およびCO除去触媒上で凝縮が起こることはなく、水素生成装置1外へ排出されることになる。 Next, when the temperature is 100 ° C. or lower, in step S3, the control unit 200 operates the shift reaction unit heating unit 112 and the CO removal unit heating unit 123 to start heating the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121. At this time, the control unit 200 controls heating so that the temperatures detected by the shift reaction unit temperature detection unit 113 and the CO removal unit temperature detection unit 124 are higher than 100 ° C. By this heating, the water vapor supplied later is not condensed on the shift reaction catalyst and the CO removal catalyst, and is discharged out of the hydrogen generator 1.
次に、ステップS4にて、改質部温度検出部105によって検出された温度が、本発明の第2の所定温度の一例である200℃以上か否かの判定が制御部200によって行われる。この判定を行うのは、改質部101の温度が200℃以上の場合に空気の供給を行うと、改質触媒が酸化され劣化するためである。 Next, in step S4, the control unit 200 determines whether or not the temperature detected by the reforming unit temperature detection unit 105 is 200 ° C. or more, which is an example of the second predetermined temperature of the present invention. This determination is made because if the air is supplied when the temperature of the reforming unit 101 is 200 ° C. or higher, the reforming catalyst is oxidized and deteriorated.
ステップS4にて200℃以上の場合は、ステップS5にて原料供給部102は制御部200によって停止される。この原料供給部102の停止を行い、水供給部103からの水の供給を継続することにより、供給した水は改質部101内で、本発明の第1のパージ用ガスの一例である水蒸気となる。また、本実施の形態では、水供給部103が、本発明の第1のパージ用ガス供給部となる。そして、シフト反応部111、CO除去部121を通過して、水素生成装置1内に残存する主に水素からなる可燃性ガスをパージしながら排出される。 If it is 200 ° C. or higher in step S4, the raw material supply unit 102 is stopped by the control unit 200 in step S5. By stopping the raw material supply unit 102 and continuing the supply of water from the water supply unit 103, the supplied water is water vapor that is an example of the first purge gas of the present invention in the reforming unit 101. It becomes. In the present embodiment, the water supply unit 103 serves as the first purge gas supply unit of the present invention. Then, the gas passes through the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121 and is discharged while purging the combustible gas mainly composed of hydrogen remaining in the hydrogen generator 1.
次に、ステップS6にて制御部200は改質部温度検出部105により検出される温度が200℃未満になるまで検出を行う。 Next, in step S <b> 6, the control unit 200 performs detection until the temperature detected by the reforming unit temperature detection unit 105 is less than 200 ° C.
次に、改質部101内の温度が200℃未満になった後にステップS7にて水供給部103の動作が制御部200によって停止されることにより水蒸気供給が停止する。 Next, after the temperature in the reforming unit 101 becomes less than 200 ° C., the operation of the water supply unit 103 is stopped by the control unit 200 in step S7, whereby the water vapor supply is stopped.
次に、ステップS8にて、制御部200がパージ用空気供給部106の動作を開始し、所定時間動作させることにより、空気は水素生成装置1内の残存水蒸気をパージしながら水素生成装置1外へ排出される。すなわち、本実施の形態では、空気が本発明の第2のパージ用ガスとなる。また、パージ用空気供給部106が、本発明の第2のパージ用ガス供給部となる。ここで、所定時間とは、水蒸気を水素生成装置1内から追い出すのに十分な時間であるが、ステップS8までに、シフト反応部111及びCO除去部121が100℃より高くなっていない場合は、ステップS8の空気パージ動作を行っていても、100℃より高くなってから所定時間の空気パージを行う必要がある。100℃より高くなっていない時に水蒸気パージを行うと水蒸気が凝縮するおそれがあるが、100℃より高くなった後、所定時間空気をパージすることで、凝縮した水を蒸発させ、排出できるからである。 Next, in step S8, the control unit 200 starts the operation of the purge air supply unit 106 and operates it for a predetermined time, so that the air is purged from the hydrogen generator 1 while purging the remaining water vapor in the hydrogen generator 1. Is discharged. That is, in the present embodiment, air becomes the second purge gas of the present invention. Further, the purge air supply unit 106 is the second purge gas supply unit of the present invention. Here, the predetermined time is a time sufficient to expel water vapor from the hydrogen generator 1, but when the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121 are not higher than 100 ° C. by step S8. Even if the air purge operation in step S8 is performed, it is necessary to perform the air purge for a predetermined time after the temperature becomes higher than 100 ° C. If the water vapor purge is performed when the temperature is not higher than 100 ° C, the water vapor may be condensed. However, after the temperature is higher than 100 ° C, the condensed water can be evaporated and discharged by purging the air for a predetermined time. is there.
次に、水素生成装置1内を完全に空気でパージした後に、ステップS9にてシフト反応部加熱部112およびCO除去部加熱部123は制御部200によって停止される。 Next, after the inside of the hydrogen generator 1 is completely purged with air, the shift reaction unit heating unit 112 and the CO removal unit heating unit 123 are stopped by the control unit 200 in step S9.
最後に、ステップS10にてパージ用空気供給部106からの空気供給も停止され、水素生成装置1停止動作は終了する。 Finally, in step S10, the air supply from the purge air supply unit 106 is also stopped, and the hydrogen generator 1 stop operation ends.
一方、ステップS2にて、シフト反応部温度検出部113及びCO除去部温度検出部124によって検出された温度が双方とも100℃以下ではない場合、加熱を行わなくても水蒸気の凝縮が発生しない。そのため、シフト反応部加熱部112及びCO除去部加熱部123を動作させず、ステップS14へと進む。 On the other hand, if the temperatures detected by the shift reaction unit temperature detection unit 113 and the CO removal unit temperature detection unit 124 are not both 100 ° C. or lower in step S2, the condensation of water vapor does not occur even if heating is not performed. Therefore, the shift reaction unit heating unit 112 and the CO removal unit heating unit 123 are not operated, and the process proceeds to step S14.
次に、ステップS14にて、改質部101内の温度が200℃以上か否かの判定が制御部200によって行われる(上記ステップS4と同じ。)。 Next, in step S14, the control unit 200 determines whether or not the temperature in the reforming unit 101 is 200 ° C. or higher (same as step S4 above).
次に、ステップS15にて、原料供給部102の停止が行われる(上記ステップS5と同じ。)。 Next, in step S15, the raw material supply unit 102 is stopped (same as step S5 above).
次に、ステップS16にて改質部温度検出部105によって検出される温度が200℃未満になるまで検出が行われる(上記ステップS6と同じ。)。 Next, detection is performed until the temperature detected by the reforming unit temperature detection unit 105 is less than 200 ° C. in step S16 (same as step S6 above).
改質部101内の温度が200℃未満になった後に、ステップ17にて水供給部103の動作が停止される(上記ステップS7と同じ。)。 After the temperature in the reforming unit 101 becomes less than 200 ° C., the operation of the water supply unit 103 is stopped in step 17 (same as step S7).
次に、ステップ18にてパージ用空気供給部106の動作が開始され、所定時間動作が継続されることにより、水素生成装置1内が完全に空気でパージされる(上記ステップS8と同じ。)。 Next, in step 18, the operation of the purge air supply unit 106 is started, and the operation is continued for a predetermined time, whereby the inside of the hydrogen generator 1 is completely purged with air (same as step S8 above). .
最後に、ステップS10にてパージ用空気供給部106からの空気供給の停止が行われる。 Finally, in step S10, the supply of air from the purge air supply unit 106 is stopped.
一方、ステップS4及びステップS14にて、改質部温度検出部105により改質された温度が200℃以上でない場合は、水蒸気(第1のパージ用ガス)による水素生成装置1内のパージを行わずに空気(第2のパージ用ガス)によるパージを行っても、改質触媒は酸化されない。そのため、改質部101内の温度が200℃以上でない場合は、ステップS4から、原料供給部102および水供給部103の停止(ステップS11)が行われ、さらに空気供給を行うステップS8へと進む。ステップS14では、原料供給部102および水供給部103の停止(ステップS12)が行われ、さらにステップS18へと進む。 On the other hand, in step S4 and step S14, when the temperature reformed by the reforming unit temperature detecting unit 105 is not 200 ° C. or higher, purging in the hydrogen generator 1 with water vapor (first purging gas) is performed. Even if purging with air (second purge gas) is performed, the reforming catalyst is not oxidized. Therefore, when the temperature in the reforming unit 101 is not 200 ° C. or higher, the raw material supply unit 102 and the water supply unit 103 are stopped (step S11) from step S4, and the process proceeds to step S8 for further air supply. . In step S14, the raw material supply unit 102 and the water supply unit 103 are stopped (step S12), and the process further proceeds to step S18.
以上の様に、シフト反応部加熱部112およびCO除去部加熱部123を作動させる停止動作を行うことによって、シフト反応部111およびCO除去部121内が100℃より高くなるように保持できる。このため、パージの際の水蒸気がシフト反応部111およびCO除去部121内において凝縮することはなく、又シフト反応部111およびCO除去部121内に水蒸気が残存して凝縮することはないため、触媒特性の低下を防止することができる。 As described above, the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121 can be held at a temperature higher than 100 ° C. by performing a stop operation that activates the shift reaction unit heating unit 112 and the CO removal unit heating unit 123. For this reason, the water vapor at the time of purging does not condense in the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121, and the water vapor does not remain in the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121 to condense. It is possible to prevent a decrease in catalyst characteristics.
尚、以上のような停止動作は、水素生成装置1が起動開始直後のような非定常の状態だけに限らず、定常状態での運転中について対応してもよい。 The stop operation as described above is not limited to the unsteady state immediately after the hydrogen generator 1 starts to start, but may correspond to the operation in the steady state.
又、ステップS2、S3にて、シフト反応部111、又はCO除去部121内の温度が100℃以下の場合に双方の加熱が行われるが、温度が100℃以下の方のみ加熱を行ってもよい。 In steps S2 and S3, both of the heating are performed when the temperature in the shift reaction unit 111 or the CO removing unit 121 is 100 ° C. or lower. Good.
又、ステップS2、S4、S14では、判定結果によって次のステップが異なるが、ステップS2、S4、S14で判定を設けずにステップS1〜S10の動作を常に行ってもよい。但し、改質部101内部温度が200℃以上で空気供給を行うと改質触媒が酸化され、劣化するおそれがあるため、ステップS6の判定は行ったほうが好ましい。 Further, in steps S2, S4, and S14, the next step differs depending on the determination result, but the operations in steps S1 to S10 may always be performed without providing the determination in steps S2, S4, and S14. However, if air supply is performed at an internal temperature of the reforming unit 101 of 200 ° C. or higher, the reforming catalyst may be oxidized and deteriorated. Therefore, it is preferable to perform the determination in step S6.
又、ステップS9でシフト反応部加熱部112及びCO除去部加熱部123を停止させるが、ステップS9に限定せずに、シフト反応部温度検出部113及びCO除去部温度検出部124でシフト反応部111及びCO除去部121内の温度をモニターしておいて、温度が100℃以下になると動作させ、100℃以下でない場合は停止させるように制御を行ってもよい。 In addition, the shift reaction unit heating unit 112 and the CO removal unit heating unit 123 are stopped in step S9. However, the shift reaction unit temperature detection unit 113 and the CO removal unit temperature detection unit 124 are not limited to step S9. 111 and the temperature in the CO removing unit 121 may be monitored, and control may be performed so as to operate when the temperature is 100 ° C. or lower and to stop when the temperature is not lower than 100 ° C.
又、ステップS2にてシフト反応部111又はCO除去部121内の温度が100℃以下でない場合、シフト反応部加熱部112及びCO除去部加熱部123を動作させずに、ステップS14からステップS18の動作を行うが、温度をモニターしておいて、100℃以下になったときに、シフト反応部加熱部112及びCO除去部加熱部123を加熱させてもよい。 If the temperature in the shift reaction unit 111 or the CO removal unit 121 is not 100 ° C. or lower in step S2, the shift reaction unit heating unit 112 and the CO removal unit heating unit 123 are not operated, and the process from step S14 to step S18 is performed. Although the operation is performed, the temperature may be monitored and the shift reaction unit heating unit 112 and the CO removal unit heating unit 123 may be heated when the temperature becomes 100 ° C. or lower.
又、シフト反応部111及びCO除去部121が100℃以下であるか否かの判定(ステップS2)およびシフト反応部加熱部112及びCO除去部加熱部123の動作(ステップS3)は、パージ用空気供給部106の動作を開始する(ステップS8)直前に行ってもよい。あるいは、パージ用空気供給部106を動作させ、水素生成装置1内を空気によりパージしながら行ってもよい。いずれにせよ、パージ終了時にシフト反応部111及びCO除去部121の内部に凝縮した水が残留しないようにシフト反応部111及びCO除去部121の温度を調整するものであれば、シフト反応部加熱部112及びCO除去部加熱部123をどのようなタイミングで動作させてもよい。 The determination of whether or not the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121 are 100 ° C. or less (step S2) and the operation of the shift reaction unit heating unit 112 and the CO removal unit heating unit 123 (step S3) are for purging. The operation may be performed immediately before the operation of the air supply unit 106 is started (step S8). Alternatively, the purging air supply unit 106 may be operated to purge the inside of the hydrogen generator 1 with air. In any case, if the temperature of the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121 is adjusted so that the condensed water does not remain in the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121 at the end of the purge, the shift reaction unit heating is performed. The unit 112 and the CO removal unit heating unit 123 may be operated at any timing.
又、本実施の形態では、シフト反応部温度検出部113及びCO除去部温度検出部124でシフト反応部111及びCO除去部121内の温度をモニターしている。しかし、シフト反応部111及びCO除去部121内の温度と関連する物理量を用いて、シフト反応部加熱部112及びCO除去部加熱部123を動作させるか否かを判定しても構わない。具体的には、例えば、改質部温度検出部105により検出された改質部101の温度や、起動してから経過した時間、改質部101に供給した水の量、シフト反応部111及びCO除去部121内の湿度などを検出して、その結果を用いてシフト反応部加熱部112及びCO除去部加熱部123を動作させるか否かを判定してもよい。 In this embodiment, the shift reaction unit temperature detection unit 113 and the CO removal unit temperature detection unit 124 monitor the temperatures in the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121. However, whether or not to operate the shift reaction unit heating unit 112 and the CO removal unit heating unit 123 may be determined using a physical quantity related to the temperature in the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121. Specifically, for example, the temperature of the reforming unit 101 detected by the reforming unit temperature detection unit 105, the time elapsed since startup, the amount of water supplied to the reforming unit 101, the shift reaction unit 111, and It may be determined whether the shift reaction unit heating unit 112 and the CO removal unit heating unit 123 are to be operated by detecting the humidity or the like in the CO removal unit 121 and using the result.
又、本実施の形態に係る水素生成装置1は、必ずしもPEFCへの燃料供給に用いる必要はなく、その他の燃料電池への燃料供給や、純度の高い水素を合成するという効果が必要な化学プラント等にも適用できる。
(実施の形態2)
図3は本実施の形態2における水素生成装置1の構成図である。本実施の形態2において実施の形態1と異なる点は、シフト反応部111およびCO除去部121に温度検出部を設けず、シフト反応部111およびCO除去部121の温度とは無関係に、シフト反応部加熱部112およびCO除去部加熱部123を動作させることである。すなわち、運転停止動作時において温度に基づく判定は行わずに、常にシフト反応部111及びCO除去部121を加熱する。尚、図3において図1と同じ構成要素については同じ符号を用いており、説明は省略する。
Further, the hydrogen generator 1 according to the present embodiment does not necessarily need to be used for fuel supply to the PEFC, but is a chemical plant that requires the effects of supplying fuel to other fuel cells and synthesizing high-purity hydrogen. Etc.
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a configuration diagram of the hydrogen generator 1 according to the second embodiment. The second embodiment is different from the first embodiment in that the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121 are not provided with a temperature detection unit, and the shift reaction is performed regardless of the temperature of the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121. Operating the part heating unit 112 and the CO removing unit heating unit 123. That is, the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121 are always heated without performing the determination based on the temperature during the shutdown operation. In FIG. 3, the same components as those in FIG.
以下に、水素生成装置1の運転停止動作時における制御プログラムの一例について図4を用いて説明する。なお、運転停止とは、運転の終了だけでなく、中断など、水素の生成を停止するあらゆる場合の動作を含むものである。また、運転停止動作時とは、停止指令が出てから、水素生成装置が停止するまでの一連の動作が行われている時間を指す。本実施の形態2の運転停止方法の実施の形態1と異なる点は、ステップS2(シフト反応部111又はCO除去部121が100℃以下か否か)の判定ステップとそこから分岐するステップがない点である。 Below, an example of the control program at the time of the shutdown operation of the hydrogen generator 1 will be described with reference to FIG. The operation stop includes not only the end of the operation but also the operation in every case of stopping the production of hydrogen such as interruption. The operation stop operation time refers to the time during which a series of operations are performed from when a stop command is issued until the hydrogen generator is stopped. The difference from the first embodiment of the operation stopping method according to the second embodiment is that there is no determination step in step S2 (whether the shift reaction unit 111 or the CO removal unit 121 is 100 ° C. or less) and a step branching therefrom. Is a point.
はじめに、ステップS21にて改質部加熱部104は制御部200によって停止される。 First, the reforming unit heating unit 104 is stopped by the control unit 200 in step S21.
次に、ステップS22にて制御部200はシフト反応部加熱部112及びCO除去部加熱部123を動作させ、シフト反応部111及びCO除去部121の加熱を開始する。この加熱によって、後に供給される水蒸気はシフト反応触媒およびCO除去触媒上で凝縮が起こることはなく、水素生成装置1外へ排出されることになる。なお、シフト反応部加熱部112及びCO除去部加熱部123の容量、加熱する時間や強度は、シフト反応部111及びCO除去部121において結露が起こらないように、かつ、過度な温度上昇によりシフト反応部111及びCO除去部121が損傷しないように、適度に調整される。 Next, in step S <b> 22, the control unit 200 operates the shift reaction unit heating unit 112 and the CO removal unit heating unit 123 to start heating the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121. By this heating, the water vapor supplied later is not condensed on the shift reaction catalyst and the CO removal catalyst, and is discharged out of the hydrogen generator 1. Note that the capacity, heating time and intensity of the shift reaction unit heating unit 112 and the CO removal unit heating unit 123 are shifted by excessive temperature rise so that condensation does not occur in the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121. It adjusts moderately so that the reaction part 111 and the CO removal part 121 may not be damaged.
次に、ステップS23にて、改質部温度検出部105によって検出された温度が、本発明の第2の所定温度の一例である200℃以上か否かの判定が制御部200によって行われる。この判定を行うのは、改質部101の温度が200℃以上の場合に空気の供給を行うと、改質触媒が酸化され劣化するためである。 Next, in step S23, the control unit 200 determines whether or not the temperature detected by the reforming unit temperature detection unit 105 is 200 ° C. or more, which is an example of the second predetermined temperature of the present invention. This determination is made because if the air is supplied when the temperature of the reforming unit 101 is 200 ° C. or higher, the reforming catalyst is oxidized and deteriorated.
ステップS23にて200℃以上の場合は、ステップS24にて原料供給部102は制御部200によって停止される。この原料供給部102の停止を行い、水供給部103からの水の供給を継続することにより、供給した水は改質部101内で、本発明の第1のパージ用ガスの一例である水蒸気となる。そして水蒸気は、シフト反応部111、CO除去部121を通過して、水素生成装置1内に残存する主に水素からなる可燃性ガスをパージしながら排出される。なお、水供給部103が、本発明の第1のパージ用ガス供給部となる。 If it is 200 ° C. or higher in step S23, the raw material supply unit 102 is stopped by the control unit 200 in step S24. By stopping the raw material supply unit 102 and continuing the supply of water from the water supply unit 103, the supplied water is water vapor that is an example of the first purge gas of the present invention in the reforming unit 101. It becomes. The water vapor passes through the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121 and is discharged while purging the combustible gas mainly composed of hydrogen remaining in the hydrogen generator 1. The water supply unit 103 is the first purge gas supply unit of the present invention.
次に、ステップS25にて制御部200は改質部温度検出部105により検出される温度が200℃未満になるまで検出を行う。 Next, in step S <b> 25, the control unit 200 performs detection until the temperature detected by the reforming unit temperature detection unit 105 is less than 200 ° C.
次に、改質部101内の温度が200℃未満になった後にステップS26にて水供給部103の動作が制御部200によって停止されることにより水蒸気供給が停止する。 Next, after the temperature in the reforming unit 101 becomes less than 200 ° C., the operation of the water supply unit 103 is stopped by the control unit 200 in step S26, whereby the water vapor supply is stopped.
次に、ステップS27にて、パージ用空気供給部106は制御部200によって動作が開始され、所定時間動作が継続される。これにより、空気は水素生成装置1内の残存水蒸気をパージしながら水素生成装置1外へ排出される。すなわち、本実施の形態では、空気が本発明の第2のパージ用ガスとなる。また、パージ用空気供給部106が、本発明の第2のパージ用ガス供給部となる。 Next, in step S27, the operation of the purge air supply unit 106 is started by the control unit 200, and the operation is continued for a predetermined time. As a result, the air is discharged out of the hydrogen generator 1 while purging the remaining water vapor in the hydrogen generator 1. That is, in the present embodiment, air becomes the second purge gas of the present invention. Further, the purge air supply unit 106 is the second purge gas supply unit of the present invention.
次に、水素生成装置1内を完全に空気でパージした後に、ステップS28にてシフト反応部加熱部112およびCO除去部加熱部123は制御部200によって停止される。 Next, after the inside of the hydrogen generator 1 is completely purged with air, the shift reaction unit heating unit 112 and the CO removal unit heating unit 123 are stopped by the control unit 200 in step S28.
最後に、ステップS29にてパージ用空気供給部106からの空気供給も停止され、水素生成装置1停止動作は終了する。 Finally, in step S29, the air supply from the purge air supply unit 106 is also stopped, and the hydrogen generator 1 stop operation ends.
一方、ステップS23にて、改質部温度検出部105により改質された温度が200℃以上でない場合は、水蒸気による水素生成装置1内のパージを行わずに空気によるパージを行っても、改質触媒は酸化されない。そのため、改質部101内の温度が200℃以上でない場合は、原料供給部102および水供給部103の停止(ステップS30)が行われ、さらに空気供給を行うステップS27へと進む。 On the other hand, if the temperature reformed by the reforming unit temperature detecting unit 105 is not 200 ° C. or higher in step S23, the reforming is possible even if purging with air is performed without purging the hydrogen generator 1 with steam. The quality catalyst is not oxidized. Therefore, when the temperature in the reforming unit 101 is not 200 ° C. or higher, the raw material supply unit 102 and the water supply unit 103 are stopped (step S30), and the process proceeds to step S27 in which air is further supplied.
本実施の形態2では、シフト反応部111とCO除去部121が100℃より高くなっていてもいなくてもシフト反応部加熱部112及びCO除去部加熱部123を動作させる。その結果、実施の形態1と異なり、シフト反応部温度検出部113及びCO除去部温度検出部124を備える必要がないため、装置構成の簡素化、低コスト化を達成できるという効果がある。 In the second embodiment, the shift reaction unit heating unit 112 and the CO removal unit heating unit 123 are operated even if the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121 are not higher than 100 ° C. As a result, unlike the first embodiment, there is no need to provide the shift reaction unit temperature detection unit 113 and the CO removal unit temperature detection unit 124, so that the apparatus configuration can be simplified and the cost can be reduced.
尚、シフト反応部加熱部112およびCO除去部加熱部123を作動する、あるいは停止する時間は装置構成、触媒等によって異ならせてもよく、必ずしも本実施の形態に記載した例に限らない。パージ終了時にシフト反応部111及びCO除去部121の内部に凝縮した水が残留しないように、シフト反応部111及びCO除去部121の温度を調整するものであれば、シフト反応部加熱部112及びCO除去部加熱部123をどのようなタイミングで動作させてもよい。 The time for operating or stopping the shift reaction unit heating unit 112 and the CO removal unit heating unit 123 may vary depending on the apparatus configuration, the catalyst, and the like, and is not necessarily limited to the example described in the present embodiment. If the temperature of the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121 is adjusted so that the condensed water does not remain in the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121 at the end of the purge, the shift reaction unit heating unit 112 and The CO removal unit heating unit 123 may be operated at any timing.
又、本実施の形態に係る水素生成装置1は、必ずしもPEFCへの燃料供給に用いる必要はなく、その他の燃料電池への燃料供給や、純度の高い水素を合成するという効果が必要な化学プラント等にも適用できる。
(実施の形態1および2についての但し書き)
又、装置構成、触媒等によって設定温度は異ならせてもよく、必ずしも本実施の形態1、2に記載した温度に限らない。
Further, the hydrogen generator 1 according to the present embodiment does not necessarily need to be used for fuel supply to the PEFC, but is a chemical plant that requires the effects of supplying fuel to other fuel cells and synthesizing high-purity hydrogen. Etc.
(Procedure for Embodiments 1 and 2)
Further, the set temperature may vary depending on the apparatus configuration, the catalyst, etc., and is not necessarily limited to the temperature described in the first and second embodiments.
又、本実施の形態1、2で述べた動作停止方法は一例であり、記載した方法に限らない。実施の形態1では、例えば、ステップS1(改質部加熱部104停止)の前にステップS2(シフト反応部111及びCO除去部121内の温度の判定)を行い、加熱を開始していてもよい。又は、ステップS9(シフト反応部加熱部112及びCO除去部加熱部123の停止)の前に、ステップS10(パージ用空気供給部106の停止)を行ってもよい。又、実施の形態2においても、ステップS21の前にステップS22を、ステップS28の前にステップS29を行ってもよい。 Moreover, the operation stop method described in the first and second embodiments is an example, and is not limited to the described method. In the first embodiment, for example, step S2 (determination of the temperature in the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121) is performed before step S1 (stops the reforming unit heating unit 104), and heating is started. Good. Alternatively, step S10 (stop of the purge air supply unit 106) may be performed before step S9 (stop of the shift reaction unit heating unit 112 and the CO removal unit heating unit 123). Also in the second embodiment, step S22 may be performed before step S21, and step S29 may be performed before step S28.
又、本発明の第1のパージ用ガス供給部は、実施の形態1、2では改質反応のための水を供給する水供給部103と兼ねられている。又、本発明の第1のパージ用ガスは、実施の形態1、2では水蒸気であるが、原料ガス、不活性ガスであっても良く、更には改質部加熱部104、シフト反応部加熱部112若しくはCO除去部加熱部123のいずれかを動作させた燃焼排ガスであってもよい。 In the first and second embodiments, the first purge gas supply unit of the present invention also serves as the water supply unit 103 that supplies water for the reforming reaction. In addition, the first purge gas of the present invention is water vapor in the first and second embodiments, but may be a raw material gas or an inert gas. Further, the reforming section heating section 104 and the shift reaction section heating are possible. Combustion exhaust gas in which either the unit 112 or the CO removal unit heating unit 123 is operated may be used.
又、本発明の第2のパージ用ガス供給部は、実施の形態1、2ではパージ用空気供給部106に相当し、第2のパージ用ガスは、空気に相当するが、パージ用空気供給部106を省き、原料を第2のパージ用ガスとしてもよい。すなわち、水蒸気をパージして排出するために原料供給部102から原料を供給してもよい。 Further, the second purge gas supply unit of the present invention corresponds to the purge air supply unit 106 in the first and second embodiments, and the second purge gas corresponds to air, but the purge air supply unit. The part 106 may be omitted, and the raw material may be the second purge gas. That is, the raw material may be supplied from the raw material supply unit 102 in order to purge and discharge the water vapor.
又、実施の形態1、2において停止時に不活性ガスを使用して水素生成装置1内をパージしてもよい。このときにおいても、改質部101内に残存した水蒸気がシフト反応部111およびCO除去部121において水が凝縮することはない。 In the first and second embodiments, the inside of the hydrogen generator 1 may be purged using an inert gas when stopped. Even at this time, the water vapor remaining in the reforming unit 101 does not condense in the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121.
尚、本発明のプログラムは、上述した本発明の水素生成装置1の制御部の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラムであって、コンピュータと協働して動作するプログラムである。 The program of the present invention is a program for causing a computer to execute the functions of the control unit of the hydrogen generator 1 of the present invention described above, and is a program that operates in cooperation with the computer.
又、本発明の記録媒体は、上述した本発明の水素生成装置1の制御部の全部又は一部の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラムを担持した記録媒体であり、コンピュータにより読み取り可能且つ、読み取られた前記プログラムが前記コンピュータと協動して前記機能を実行する記録媒体である。 The recording medium of the present invention is a recording medium carrying a program for causing a computer to execute all or part of the functions of the control unit of the hydrogen generator 1 of the present invention described above, and is readable by a computer. The read program is a recording medium for executing the function in cooperation with the computer.
又、本発明の上記制御部の機能とは、全部又は一部の機能を意味する。 Moreover, the function of the said control part of this invention means all or one part function.
又、本発明のプログラムの一利用形態は、コンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータと協働して動作する態様であっても良い。 Further, one usage form of the program of the present invention may be an aspect in which the program is recorded on a computer-readable recording medium and operates in cooperation with the computer.
又、本発明のプログラムの一利用形態は、伝送媒体中を伝送し、コンピュータにより読みとられ、コンピュータと協働して動作する態様であっても良い。 Further, one usage form of the program of the present invention may be an aspect in which the program is transmitted through a transmission medium, read by a computer, and operated in cooperation with the computer.
又、本発明のデータ構造としては、データベース、データフォーマット、データテーブル、データリスト、データの種類などを含む。 The data structure of the present invention includes a database, data format, data table, data list, data type, and the like.
又、記録媒体としては、ROM等が含まれ、伝送媒体としては、インターネット等の伝送媒体、光・電波・音波等が含まれる。 The recording medium includes a ROM and the like, and the transmission medium includes a transmission medium such as the Internet, light, radio waves, sound waves, and the like.
又、上述した本発明のコンピュータは、CPU等の純然たるハードウェアに限らず、ファームウェアや、OS、更に周辺機器を含むものであっても良い。 The computer of the present invention described above is not limited to pure hardware such as a CPU, but may include firmware, an OS, and peripheral devices.
尚、以上説明した様に、本発明の構成は、ソフトウェア的に実現しても良いし、ハードウェア的に実現しても良い。
(実施の形態3)
図5は本実施の形態3における水素生成装置1の構成図である。本実施の形態3において実施の形態1と異なる点は、水蒸気によって、主に水素からなる可燃性ガスをパージした後、原料によって水蒸気をパージして排出する点である。よって図5は、実施の形態1で用いたパージ用空気供給部106を省いた構成になっている。尚、図5において図1と同じ構成要素については同じ符号を用いており、説明は省略する。
As described above, the configuration of the present invention may be realized by software or hardware.
(Embodiment 3)
FIG. 5 is a configuration diagram of the hydrogen generator 1 according to the third embodiment. The third embodiment is different from the first embodiment in that after the combustible gas mainly composed of hydrogen is purged with water vapor, the water vapor is purged with the raw material and discharged. Therefore, FIG. 5 has a configuration in which the purge air supply unit 106 used in the first embodiment is omitted. In FIG. 5, the same reference numerals are used for the same components as in FIG.
本実施の形態3の水素生成装置1の運転停止動作時における制御プログラムの一例について、図6のフロー図を用いて説明する。なお、運転停止とは、運転の終了だけでなく、中断など、水素の生成を停止するあらゆる場合の動作を含むものである。また、運転停止動作時とは、停止指令が出てから、水素生成装置が停止するまでの一連の動作が行われている時間を指す。 An example of the control program during the operation stop operation of the hydrogen generator 1 of Embodiment 3 will be described with reference to the flowchart of FIG. The operation stop includes not only the end of the operation but also the operation in every case of stopping the production of hydrogen such as interruption. The operation stop operation time refers to the time during which a series of operations are performed from when a stop command is issued until the hydrogen generator is stopped.
はじめに、ステップS31にて改質部加熱部104は制御部200によって停止される。 First, the reforming unit heating unit 104 is stopped by the control unit 200 in step S31.
次に、ステップS32にて、シフト反応部温度検出部113により検出された温度又はCO除去部温度検出部124によって検出された温度が、本発明の第1の所定温度の一例である100℃以下か否かの判定が制御部200によって行われる。 Next, in step S32, the temperature detected by the shift reaction unit temperature detection unit 113 or the temperature detected by the CO removal unit temperature detection unit 124 is 100 ° C. or less, which is an example of the first predetermined temperature of the present invention. Is determined by the control unit 200.
次に、100℃以下の場合は、ステップS33にて制御部200はシフト反応部加熱部112及びCO除去部加熱部123を動作させ、シフト反応部111及びCO除去部121の加熱を開始する。このとき制御部200は、シフト反応部温度検出部113およびCO除去部温度検出部124の検出する温度が100℃より高くなるように加熱の制御を行う。この加熱によって、後に供給される水蒸気はシフト反応触媒およびCO除去触媒上で凝縮が起こることはなく、水素生成装置1外へ排出されることになる。 Next, when the temperature is 100 ° C. or lower, in step S33, the control unit 200 operates the shift reaction unit heating unit 112 and the CO removal unit heating unit 123 to start heating the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121. At this time, the control unit 200 controls heating so that the temperatures detected by the shift reaction unit temperature detection unit 113 and the CO removal unit temperature detection unit 124 are higher than 100 ° C. By this heating, the water vapor supplied later is not condensed on the shift reaction catalyst and the CO removal catalyst, and is discharged out of the hydrogen generator 1.
次に、ステップS34にて、改質部温度検出部105によって検出された温度が、本発明の第2の所定温度の一例である400℃以上か否かの判定が制御部200によって行われる。この判定を行うのは、改質部101の温度が400℃以上の場合に水の供給を停止して原料の供給だけを行うと、改質触媒上で炭素が析出して触媒特性が低下してしまうためである。 Next, in step S34, the control unit 200 determines whether or not the temperature detected by the reforming unit temperature detection unit 105 is 400 ° C. or more, which is an example of the second predetermined temperature of the present invention. This determination is made when the supply of water is stopped and only the raw material is supplied when the temperature of the reforming unit 101 is 400 ° C. or higher, and carbon is deposited on the reforming catalyst, resulting in a decrease in catalyst characteristics. It is because it ends up.
ステップS34にて400℃以上の場合は、ステップS35にて原料供給部102は制御部200によって停止される。この原料供給部102の停止を行い、水供給部103からの水の供給を継続することにより、供給した水は改質部101内で、本発明の第1のパージ用ガスの一例である水蒸気となる。そして水蒸気は、シフト反応部111、CO除去部121を通過して、水素生成装置1内に残存する主に水素からなる可燃性ガスをパージしながら排出される。また、本実施の形態では、水供給部103が、本発明の第1のパージ用ガス供給部となる。 When the temperature is 400 ° C. or higher in step S34, the raw material supply unit 102 is stopped by the control unit 200 in step S35. By stopping the raw material supply unit 102 and continuing the supply of water from the water supply unit 103, the supplied water is water vapor that is an example of the first purge gas of the present invention in the reforming unit 101. It becomes. The water vapor passes through the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121 and is discharged while purging the combustible gas mainly composed of hydrogen remaining in the hydrogen generator 1. In the present embodiment, the water supply unit 103 serves as the first purge gas supply unit of the present invention.
次に、ステップS36にて制御部200は改質部温度検出部105により検出される温度が400℃未満になるまで検出を行う。 Next, in step S36, the control unit 200 performs detection until the temperature detected by the reforming unit temperature detection unit 105 is less than 400 ° C.
次に、改質部101内の温度が400℃未満になった後にステップS37にて水供給部103の動作が制御部200によって停止されることにより水蒸気供給が停止する。 Next, after the temperature in the reforming unit 101 becomes less than 400 ° C., the operation of the water supply unit 103 is stopped by the control unit 200 in step S37, whereby the water vapor supply is stopped.
次に、ステップS38にて、制御部200が原料供給部102の動作を再開させ、所定時間動作を継続させることにより、原料は水素生成装置1内の残存水蒸気をパージしながら水素生成装置1外へ排出される。すなわち、本実施の形態では、原料が本発明の第2のパージ用ガスとなる。また、原料供給部102が、本発明の第2のパージ用ガス供給部となる。ここで、所定時間とは、水蒸気を水素生成装置1内から追い出すのに十分な時間であるが、ステップS38までに、シフト反応部111及びCO除去部121が100℃より高くなっていない場合は、ステップS38の原料パージ動作を行っていても、100℃より高くなってから所定時間の原料パージを行う必要がある。100℃より高くなっていない時に水蒸気パージを行うと水蒸気が凝縮するおそれがあるが、100℃より高くなった後、所定時間原料をパージすることで、凝縮した水を蒸発させ、排出できるからである。 Next, in step S38, the control unit 200 restarts the operation of the raw material supply unit 102 and continues the operation for a predetermined time, so that the raw material is purged from the hydrogen generating device 1 while purging the remaining water vapor in the hydrogen generating device 1. Is discharged. That is, in the present embodiment, the raw material is the second purge gas of the present invention. The raw material supply unit 102 is the second purge gas supply unit of the present invention. Here, the predetermined time is a time sufficient to expel water vapor from the hydrogen generator 1, but when the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121 are not higher than 100 ° C. by step S38. Even if the raw material purge operation in step S38 is performed, it is necessary to perform the raw material purge for a predetermined time after the temperature becomes higher than 100 ° C. If the water vapor purge is performed when the temperature is not higher than 100 ° C., the water vapor may be condensed. is there.
次に、水素生成装置1内を完全に原料でパージした後に、ステップS39にてシフト反応部加熱部112およびCO除去部加熱部123は制御部200によって停止される。 Next, after the inside of the hydrogen generator 1 is completely purged with the raw material, the shift reaction unit heating unit 112 and the CO removal unit heating unit 123 are stopped by the control unit 200 in step S39.
最後に、ステップS40にて原料供給部102からの原料供給も停止され、水素生成装置1停止動作は終了する。 Finally, in step S40, the raw material supply from the raw material supply unit 102 is also stopped, and the hydrogen generator 1 stopping operation ends.
一方、ステップS32にて、シフト反応部温度検出部113及びCO除去部温度検出部124によって検出された温度が双方とも100℃以下ではない場合、加熱を行わなくても水蒸気の凝縮が発生しない。そのため、シフト反応部加熱部112及びCO除去部加熱部123を動作させず。ステップS44へと進む。 On the other hand, if the temperatures detected by the shift reaction unit temperature detection unit 113 and the CO removal unit temperature detection unit 124 are not both 100 ° C. or lower in step S32, condensation of water vapor does not occur even if heating is not performed. Therefore, the shift reaction unit heating unit 112 and the CO removal unit heating unit 123 are not operated. Proceed to step S44.
次に、ステップS44にて、改質部101内の温度が400℃以上か否かの判定が制御部200によって行われる(上記ステップS34と同じ。)。 Next, in step S44, the controller 200 determines whether or not the temperature in the reforming unit 101 is 400 ° C. or higher (same as step S34 above).
次に、ステップS45にて、原料供給部102の停止が行われる(上記ステップS35と同じ。)。 Next, in step S45, the raw material supply unit 102 is stopped (same as step S35).
次に、ステップS46にて改質部温度検出部105によって検出される温度が400℃未満になるまで検出が行われる(上記ステップS36と同じ。)。 Next, detection is performed until the temperature detected by the reforming unit temperature detection unit 105 is less than 400 ° C. in step S46 (same as step S36).
改質部101内の温度が400℃未満になった後に、ステップS47にて水供給部103の動作が停止される(上記ステップS37と同じ。)。 After the temperature in the reforming unit 101 becomes less than 400 ° C., the operation of the water supply unit 103 is stopped in step S47 (same as step S37 above).
次に、ステップS48にて原料供給部102の動作が再開され、所定時間動作が継続されることにより、水素生成装置1内が完全に原料でパージされる(上記ステップS38と同じ。)。 Next, in step S48, the operation of the raw material supply unit 102 is resumed and the operation is continued for a predetermined time, whereby the inside of the hydrogen generator 1 is completely purged with the raw material (same as step S38 above).
最後に、ステップS40にて原料供給部102からの原料供給の停止が行われる。 Finally, in step S40, the supply of the raw material from the raw material supply unit 102 is stopped.
一方、ステップS34及びステップS44にて、改質部温度検出部105により改質された温度が400℃以上でない場合は、水蒸気による水素生成装置1内のパージを行わずに原料によるパージを行っても、改質触媒上に炭素が析出して触媒特性が低下することはない。そのため、改質部101内の温度が400℃以上でない場合は、ステップS34から、水供給部103の停止(ステップS49)が行われ、次にステップS39へと進む。また、ステップS44では、水供給部103の停止(ステップS50)が行われ、次ににステップS40へと進む。 On the other hand, if the temperature reformed by the reforming unit temperature detection unit 105 is not 400 ° C. or higher in step S34 and step S44, purging with the raw material is performed without purging the hydrogen generator 1 with water vapor. However, carbon does not deposit on the reforming catalyst and the catalytic properties are not deteriorated. Therefore, when the temperature in the reforming unit 101 is not 400 ° C. or higher, the water supply unit 103 is stopped (step S49) from step S34, and then the process proceeds to step S39. In step S44, the water supply unit 103 is stopped (step S50), and then the process proceeds to step S40.
以上の様に、シフト反応部加熱部112およびCO除去部加熱部123を作動させる停止動作を行うことによって、シフト反応部111およびCO除去部121内が100℃より高くなるように保持できる。このため、パージの際の水蒸気がシフト反応部111およびCO除去部121内において凝縮することはなく、又シフト反応部111およびCO除去部121内に水蒸気が残存して凝縮することはないため、触媒特性の低下を防止することができる。 As described above, the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121 can be held at a temperature higher than 100 ° C. by performing a stop operation that activates the shift reaction unit heating unit 112 and the CO removal unit heating unit 123. For this reason, the water vapor at the time of purging does not condense in the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121, and the water vapor does not remain in the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121 to condense. It is possible to prevent a decrease in catalyst characteristics.
尚、以上のような停止動作は、水素生成装置1が起動開始直後のような非定常の状態だけに限らず、定常状態での運転中について対応してもよい。 The stop operation as described above is not limited to the unsteady state immediately after the hydrogen generator 1 starts to start, but may correspond to the operation in the steady state.
又、ステップS32、S33にて、シフト反応部111、又はCO除去部121内の温度が100℃以下の場合に双方の加熱が行われるが、温度が100℃以下の方のみ加熱を行ってもよい。 In steps S32 and S33, both the heating is performed when the temperature in the shift reaction unit 111 or the CO removal unit 121 is 100 ° C. or lower. Good.
又、ステップS32、S34、S44では、判定結果によって次のステップが異なるが、ステップS32、S34、S44で判定を設けずにステップS31〜S40の動作を常に行ってもよい。但し、改質部101内部温度が400℃以上で水の供給を停止し、原料供給のみを行うと改質触媒上で炭素が析出し、触媒特性が低下するおそれがあるため、ステップS36の判定は行ったほうが好ましい。 Further, in steps S32, S34, and S44, the next step differs depending on the determination result, but the operations in steps S31 to S40 may always be performed without providing the determination in steps S32, S34, and S44. However, if the supply of water is stopped when the internal temperature of the reforming unit 101 is 400 ° C. or more and only the raw material is supplied, carbon may be deposited on the reforming catalyst and the catalyst characteristics may be deteriorated. Is preferred.
又、ステップS39でシフト反応部加熱部112及びCO除去部加熱部123を停止させるが、ステップS39に限定せずに、シフト反応部温度検出部113及びCO除去部温度検出部124でシフト反応部111及びCO除去部121内の温度をモニターしておいて、温度が100℃以下になると動作させ、100℃以下でない場合は停止させるように制御を行ってもよい。 In step S39, the shift reaction unit heating unit 112 and the CO removal unit heating unit 123 are stopped. However, the shift reaction unit temperature detection unit 113 and the CO removal unit temperature detection unit 124 are not limited to step S39. 111 and the temperature in the CO removal unit 121 may be monitored, and control may be performed so that the operation is performed when the temperature is 100 ° C. or lower, and is stopped when the temperature is not 100 ° C. or lower.
又、ステップS32にてシフト反応部111又はCO除去部121内の温度が100℃以下でない場合、シフト反応部加熱部112及びCO除去部加熱部123を動作させずに、ステップS44からステップS48の動作を行うが、温度をモニターしておいて、100℃以下になったときに、シフト反応部加熱部112及びCO除去部加熱部123を加熱させてもよい。 If the temperature in the shift reaction unit 111 or the CO removal unit 121 is not 100 ° C. or lower in step S32, the shift reaction unit heating unit 112 and the CO removal unit heating unit 123 are not operated, and the process from step S44 to step S48 is performed. Although the operation is performed, the temperature may be monitored and the shift reaction unit heating unit 112 and the CO removal unit heating unit 123 may be heated when the temperature becomes 100 ° C. or lower.
又、シフト反応部111及びCO除去部121が100℃以下であるか否かの判定(ステップS32)およびシフト反応部加熱部112及びCO除去部加熱部123の動作(ステップS33)は、原料供給部102の動作を再開する(ステップS38)直前に行ってもよい。あるいは、原料供給部102を動作させ、水素生成装置1内を原料によりパージしながら行ってもよい。いずれにせよ、パージ終了時にシフト反応部111及びCO除去部121の内部に凝縮した水が残留しないようにシフト反応部111及びCO除去部121の温度を調整するものであれば、シフト反応部加熱部112及びCO除去部加熱部123をどのようなタイミングで動作させてもよい。 The determination of whether or not the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121 are 100 ° C. or less (step S32) and the operation of the shift reaction unit heating unit 112 and the CO removal unit heating unit 123 (step S33) are as follows. The operation may be performed immediately before the operation of the unit 102 is resumed (step S38). Alternatively, the raw material supply unit 102 may be operated to purge the inside of the hydrogen generator 1 with the raw material. In any case, if the temperature of the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121 is adjusted so that the condensed water does not remain in the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121 at the end of the purge, the shift reaction unit heating is performed. The unit 112 and the CO removal unit heating unit 123 may be operated at any timing.
又、実施の形態2に示したように、運転停止動作時において温度に基づく判定は行わずに、常にシフト反応部111及びCO除去部121を加熱してもよい。。尚、その際には、シフト反応部111およびCO除去部121に温度検出部を設けなくてもよい。 Further, as shown in the second embodiment, the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121 may always be heated without performing the determination based on the temperature in the operation stop operation. . In this case, the shift detection unit 111 and the CO removal unit 121 may not be provided with a temperature detection unit.
又、本実施の形態に係る水素生成装置1は、必ずしもPEFCへの燃料供給に用いる必要はなく、その他の燃料電池への燃料供給や、純度の高い水素を合成するという効果が必要な化学プラント等にも適用できる。
(実施の形態4)
本実施の形態4における水素生成装置1の構成図は実施の形態3と同様に図5である。本実施の形態4において実施の形態3と異なる点は、水蒸気によるパージを行わずに、原料によるパージを行う点である。
Further, the hydrogen generator 1 according to the present embodiment does not necessarily need to be used for fuel supply to the PEFC, but is a chemical plant that requires the effects of supplying fuel to other fuel cells and synthesizing high-purity hydrogen. Etc.
(Embodiment 4)
The configuration diagram of the hydrogen generator 1 in the fourth embodiment is FIG. 5 as in the third embodiment. The fourth embodiment is different from the third embodiment in that purging with a raw material is performed without purging with water vapor.
本実施の形態4の水素生成装置1の運転停止動作時における制御プログラムの一例について、図7のフロー図を用いて説明する。なお、運転停止とは、運転の終了だけでなく、中断など、水素の生成を停止するあらゆる場合の動作を含むものである。また、運転停止動作時とは、停止指令が出てから、水素生成装置が停止するまでの一連の動作が行われている時間を指す。 An example of the control program during the operation stop operation of the hydrogen generator 1 of Embodiment 4 will be described with reference to the flowchart of FIG. The operation stop includes not only the end of the operation but also the operation in every case of stopping the production of hydrogen such as interruption. The operation stop operation time refers to the time during which a series of operations are performed from when a stop command is issued until the hydrogen generator is stopped.
はじめに、ステップS51にて改質部加熱部104は制御部200によって停止される。 First, the reforming unit heating unit 104 is stopped by the control unit 200 in step S51.
次に、ステップS52にて、シフト反応部温度検出部113により検出された温度又はCO除去部温度検出部124によって検出された温度が、本発明の第1の所定温度の一例である100℃以下か否かの判定が制御部200によって行われる。 Next, in step S52, the temperature detected by the shift reaction unit temperature detection unit 113 or the temperature detected by the CO removal unit temperature detection unit 124 is 100 ° C. or less, which is an example of the first predetermined temperature of the present invention. Is determined by the control unit 200.
次に、100℃以下の場合は、ステップS53にて制御部200はシフト反応部加熱部112及びCO除去部加熱部123を動作させ、シフト反応部111及びCO除去部121の加熱を開始する。このとき制御部200は、シフト反応部温度検出部113およびCO除去部温度検出部124の検出する温度が100℃より高くなるように加熱の制御を行う。この加熱によって、後に供給される水蒸気はシフト反応触媒およびCO除去触媒上で凝縮が起こることはなく、水素生成装置1外へ排出されることになる。 Next, in the case of 100 ° C. or lower, in step S53, the control unit 200 operates the shift reaction unit heating unit 112 and the CO removal unit heating unit 123 to start heating the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121. At this time, the control unit 200 controls heating so that the temperatures detected by the shift reaction unit temperature detection unit 113 and the CO removal unit temperature detection unit 124 are higher than 100 ° C. By this heating, the water vapor supplied later is not condensed on the shift reaction catalyst and the CO removal catalyst, and is discharged out of the hydrogen generator 1.
次に、ステップS54にて、改質部温度検出部105によって検出された温度が、本発明の第2の所定温度の一例である400℃以上か否かの判定が制御部200によって行われる。この判定を行うのは、改質部101の温度が400℃以上の場合に水の供給を停止して原料の供給だけを行うと、改質触媒上で炭素が析出して触媒特性が低下してしまうためである。 Next, in step S54, the control unit 200 determines whether or not the temperature detected by the reforming unit temperature detection unit 105 is 400 ° C. or more, which is an example of the second predetermined temperature of the present invention. This determination is made when the supply of water is stopped and only the raw material is supplied when the temperature of the reforming unit 101 is 400 ° C. or higher, and carbon is deposited on the reforming catalyst, resulting in a decrease in catalyst characteristics. It is because it ends up.
ステップS54にて400℃以上の場合は、ステップS55にて原料供給部102および水供給部103は制御部200によって停止される。 When the temperature is 400 ° C. or higher in step S54, the raw material supply unit 102 and the water supply unit 103 are stopped by the control unit 200 in step S55.
次に、ステップS56にて制御部200は改質部温度検出部105により検出される温度が400℃未満になるまで検出を行う。 Next, in step S56, the control unit 200 performs detection until the temperature detected by the reforming unit temperature detection unit 105 is less than 400 ° C.
次に、改質部101内の温度が400℃未満になった後にステップS57にて、制御部200が原料供給部102の動作を再開させ、所定時間動作させることにより、原料は水素生成装置1内の主に水素からなる可燃性ガスをパージしながら水素生成装置1外へ排出される。ここで、所定時間とは、水蒸気を水素生成装置1内から追い出すのに十分な時間であるが、ステップS57までに、シフト反応部111及びCO除去部121が100℃より高くなっていない場合は、ステップS57の原料パージ動作を行っていても、100℃より高くなってから所定時間の原料パージを行う必要がある。100℃より高くなっていない時に水蒸気パージを行うと水蒸気が凝縮するおそれがあるが、100℃より高くなった後、所定時間原料をパージすることで、凝縮した水を蒸発させ、排出できるからである。 Next, after the temperature in the reforming unit 101 becomes less than 400 ° C., in step S57, the control unit 200 restarts the operation of the raw material supply unit 102 and operates for a predetermined time. The inside of the hydrogen generator 1 is discharged while purging the combustible gas mainly composed of hydrogen. Here, the predetermined time is a time sufficient to expel water vapor from the hydrogen generator 1, but when the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121 are not higher than 100 ° C. by step S57. Even if the raw material purge operation in step S57 is performed, it is necessary to perform the raw material purge for a predetermined time after the temperature becomes higher than 100 ° C. If the water vapor purge is performed when the temperature is not higher than 100 ° C., the water vapor may be condensed. is there.
次に、水素生成装置1内を完全に原料でパージした後に、ステップS58にてシフト反応部加熱部112およびCO除去部加熱部123は制御部200によって停止される。 Next, after the inside of the hydrogen generator 1 is completely purged with the raw material, the shift reaction unit heating unit 112 and the CO removal unit heating unit 123 are stopped by the control unit 200 in step S58.
最後に、ステップS59にて原料供給部102からの原料供給も停止され、水素生成装置1停止動作は終了する。 Finally, in step S59, the raw material supply from the raw material supply unit 102 is also stopped, and the hydrogen generator 1 stopping operation is completed.
一方、ステップS52にて、シフト反応部温度検出部113及びCO除去部温度検出部124によって検出された温度が双方とも100℃以下ではない場合、加熱を行わなくても水蒸気の凝縮が発生しない。そのため、シフト反応部加熱部112及びCO除去部加熱部123を動作させず。ステップS64へと進む。 On the other hand, if both the temperatures detected by the shift reaction unit temperature detection unit 113 and the CO removal unit temperature detection unit 124 are not 100 ° C. or lower in step S52, condensation of water vapor does not occur even if heating is not performed. Therefore, the shift reaction unit heating unit 112 and the CO removal unit heating unit 123 are not operated. Proceed to step S64.
次に、ステップS64にて、改質部101内の温度が400℃以上か否かの判定が制御部200によって行われる(上記ステップS54と同じ。)。 Next, in step S64, it is determined by the control unit 200 whether or not the temperature in the reforming unit 101 is 400 ° C. or higher (same as step S54 above).
次に、ステップS65にて、原料供給部102および水供給部103の停止が行われる(上記ステップS55と同じ。)。 Next, in step S65, the raw material supply unit 102 and the water supply unit 103 are stopped (same as step S55 above).
次に、ステップS66にて改質部温度検出部105によって検出される温度が400℃未満になるまで検出が行われる(上記ステップS56と同じ。)。 Next, detection is performed until the temperature detected by the reforming unit temperature detection unit 105 is less than 400 ° C. in step S66 (same as step S56 above).
改質部101内の温度が400℃未満になった後に、ステップS67にて原料供給部102の動作が再開され、所定時間動作が継続されることにより、水素生成装置1内が完全に原料でパージされる(上記ステップS57と同じ。)。 After the temperature in the reforming unit 101 becomes less than 400 ° C., the operation of the raw material supply unit 102 is restarted in step S67, and the operation is continued for a predetermined time. Purged (same as step S57 above).
最後に、ステップS59にて原料供給部102からの原料供給の停止が行われる。 Finally, in step S59, the supply of the raw material from the raw material supply unit 102 is stopped.
一方、ステップS54及びステップS64にて、改質部温度検出部105により改質された温度が400℃以上でない場合は、水蒸気による水素生成装置1内のパージを行わずに原料によるパージを行っても、改質触媒上に炭素が析出して触媒特性が低下することはない。そのため、改質部101内の温度が400℃以上でない場合は、ステップS54から、水供給部103の停止(ステップS68)が行われ、次にステップS58へと進む。また、ステップS64から、水供給部103の停止(ステップS69)が行われ、次ににステップS59へと進む。 On the other hand, in step S54 and step S64, when the temperature reformed by the reforming unit temperature detection unit 105 is not 400 ° C. or higher, purging with the raw material is performed without purging the hydrogen generator 1 with steam. However, carbon does not deposit on the reforming catalyst and the catalytic properties are not deteriorated. Therefore, if the temperature in the reforming unit 101 is not 400 ° C. or higher, the water supply unit 103 is stopped (step S68) from step S54, and then the process proceeds to step S58. Further, from step S64, the water supply unit 103 is stopped (step S69), and then the process proceeds to step S59.
以上の様に、シフト反応部加熱部112およびCO除去部加熱部123を作動させる停止動作を行うことによって、シフト反応部111およびCO除去部121内が100℃より高くなるように保持できる。このため、パージの際の水蒸気がシフト反応部111およびCO除去部121内において凝縮することはなく、又シフト反応部111およびCO除去部121内に水蒸気が残存して凝縮することはないため、触媒特性の低下を防止することができる。
また、水蒸気によるパージ動作を省くことによって、触媒が水蒸気にさらされる時間が少なくなるため、触媒特性の低下をより防止することができる。
As described above, the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121 can be held at a temperature higher than 100 ° C. by performing a stop operation that activates the shift reaction unit heating unit 112 and the CO removal unit heating unit 123. For this reason, water vapor at the time of purging does not condense in the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121, and water vapor does not remain and condense in the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121. It is possible to prevent a decrease in catalyst characteristics.
Further, by omitting the purge operation with water vapor, the time during which the catalyst is exposed to water vapor is reduced, so that the deterioration of the catalyst characteristics can be further prevented.
尚、以上のような停止動作は、水素生成装置1が起動開始直後のような非定常の状態だけに限らず、定常状態での運転中について対応してもよい。 The stop operation as described above is not limited to the unsteady state immediately after the hydrogen generator 1 starts to start, but may correspond to the operation in the steady state.
又、ステップS52、S53にて、シフト反応部111、又はCO除去部121内の温度が100℃以下の場合に双方の加熱が行われるが、温度が100℃以下の方のみ加熱を行ってもよい。 In steps S52 and S53, both of the heating are performed when the temperature in the shift reaction unit 111 or the CO removing unit 121 is 100 ° C. or lower. Good.
又、ステップS52、S54、S64では、判定結果によって次のステップが異なるが、ステップS52、S54、S64で判定を設けずにステップS51〜S59の動作を常に行ってもよい。但し、改質部101内部温度が400℃以上で水の供給を停止し、原料供給のみを行うと改質触媒上で炭素が析出し、触媒特性が低下するおそれがあるため、ステップS56の判定は行ったほうが好ましい。 Further, in steps S52, S54, and S64, the next step differs depending on the determination result, but the operations in steps S51 to S59 may always be performed without providing the determination in steps S52, S54, and S64. However, if the supply of water is stopped when the internal temperature of the reforming unit 101 is 400 ° C. or higher and only the raw material is supplied, carbon may be deposited on the reforming catalyst and the catalyst characteristics may be deteriorated. Is preferred.
又、ステップS58でシフト反応部加熱部112及びCO除去部加熱部123を停止させるが、ステップS58に限定せずに、シフト反応部温度検出部113及びCO除去部温度検出部124でシフト反応部111及びCO除去部121内の温度をモニターしておいて、温度が100℃以下になると動作させ、100℃以下でない場合は停止させるように制御を行ってもよい。 In addition, the shift reaction unit heating unit 112 and the CO removal unit heating unit 123 are stopped in step S58. However, the shift reaction unit temperature detection unit 113 and the CO removal unit temperature detection unit 124 are not limited to step S58. 111 and the temperature in the CO removing unit 121 may be monitored, and control may be performed so as to operate when the temperature is 100 ° C. or lower and to stop when the temperature is not lower than 100 ° C.
又、ステップS52にてシフト反応部111又はCO除去部121内の温度が100℃以下でない場合、シフト反応部加熱部112及びCO除去部加熱部123を動作させずに、ステップS64からステップS67の動作を行うが、温度をモニターしておいて、100℃以下になったときに、シフト反応部加熱部112及びCO除去部加熱部123を加熱させてもよい。 If the temperature in the shift reaction unit 111 or the CO removal unit 121 is not 100 ° C. or lower in step S52, the shift reaction unit heating unit 112 and the CO removal unit heating unit 123 are not operated, and the process from step S64 to step S67 is performed. Although the operation is performed, the temperature may be monitored and the shift reaction unit heating unit 112 and the CO removal unit heating unit 123 may be heated when the temperature becomes 100 ° C. or lower.
又、シフト反応部111及びCO除去部121が100℃以下であるか否かの判定(ステップS52)およびシフト反応部加熱部112及びCO除去部加熱部123の動作(ステップS53)は、原料供給部102の動作を再開する(ステップS57)直前に行ってもよい。あるいは、原料供給部102を動作させ、水素生成装置1内を原料によりパージしながら行ってもよい。いずれにせよ、パージ終了時にシフト反応部111及びCO除去部121の内部に凝縮した水が残留しないようにシフト反応部111及びCO除去部121の温度を調整するものであれば、シフト反応部加熱部112及びCO除去部加熱部123をどのようなタイミングで動作させてもよい。 The determination of whether or not the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121 are 100 ° C. or lower (step S52) and the operation of the shift reaction unit heating unit 112 and the CO removal unit heating unit 123 (step S53) The operation may be performed immediately before the operation of the unit 102 is resumed (step S57). Alternatively, the raw material supply unit 102 may be operated to purge the inside of the hydrogen generator 1 with the raw material. In any case, if the temperature of the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121 is adjusted so that the condensed water does not remain in the shift reaction unit 111 and the CO removal unit 121 at the end of the purge, the shift reaction unit heating is performed. The unit 112 and the CO removal unit heating unit 123 may be operated at any timing.
又、実施の形態2に示したように、シフト反応部加熱部112およびCO除去部加熱部123を所定の時間作動させる方法をとってもよい。尚、その際には、シフト反応部111およびCO除去部121に温度検出部を設けなくてもよい。 Further, as shown in the second embodiment, the shift reaction unit heating unit 112 and the CO removal unit heating unit 123 may be operated for a predetermined time. In this case, the shift detection unit 111 and the CO removal unit 121 may not be provided with a temperature detection unit.
又、本実施の形態に係る水素生成装置1は、必ずしもPEFCへの燃料供給に用いる必要はなく、その他の燃料電池への燃料供給や、純度の高い水素を合成するという効果が必要な化学プラント等にも適用できる。
(実施の形態5)
本実施の形態は、実施の形態1乃至4に係る水素生成装置1と燃料電池を備えた、燃料電池システム2である。そして、燃料電池システム2は、実施の形態1乃至4に係る水素生成装置1により生成した水素リッチなガスを燃料電池125の燃料として用いる。
Further, the hydrogen generator 1 according to the present embodiment does not necessarily need to be used for fuel supply to the PEFC, but is a chemical plant that requires the effects of supplying fuel to other fuel cells and synthesizing high-purity hydrogen. Etc.
(Embodiment 5)
The present embodiment is a fuel cell system 2 including the hydrogen generator 1 and the fuel cell according to the first to fourth embodiments. The fuel cell system 2 uses the hydrogen-rich gas generated by the hydrogen generator 1 according to Embodiments 1 to 4 as the fuel for the fuel cell 125.
図9は、本実施の形態に係る燃料電池システム2の概略構成の一例を示すブロック図である。なお、図9に示されている燃料電池システム2は、実施の形態1に係る水素生成装置1に燃料電池125を付加したものである。よって、図1と図9において共通する要素については、同一符号を付して説明を省略する。 FIG. 9 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of the fuel cell system 2 according to the present embodiment. The fuel cell system 2 shown in FIG. 9 is obtained by adding a fuel cell 125 to the hydrogen generator 1 according to the first embodiment. Therefore, elements common in FIGS. 1 and 9 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
燃料電池125は、水素リッチなガスを燃料として発電を行う燃料電池である。燃料電池125の燃料供給口は、CO除去部121と接続されている。そして、水素生成装置1により生成された水素リッチなガスは、燃料電池125へと供給される。本実施の形態では、燃料電池125として、例えば、高分子電解質型燃料電池(PEFC)が用いられる。 The fuel cell 125 is a fuel cell that generates power using hydrogen-rich gas as fuel. The fuel supply port of the fuel cell 125 is connected to the CO removal unit 121. The hydrogen-rich gas generated by the hydrogen generator 1 is supplied to the fuel cell 125. In the present embodiment, for example, a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) is used as the fuel cell 125.
上記のような構成を有することにより、本実施の形態に係る燃料電池システム2は、運転停止動作時に、一酸化炭素低減部で水が凝縮するのを防止できる。よって、一酸化炭素低減部の触媒が劣化するのを防ぐことができる。よって、燃料電池システムの寿命を長くできる。 By having the above-described configuration, the fuel cell system 2 according to the present embodiment can prevent water from condensing in the carbon monoxide reduction unit during the shutdown operation. Therefore, it is possible to prevent the catalyst of the carbon monoxide reduction unit from deteriorating. Therefore, the life of the fuel cell system can be extended.
なお、本実施の形態における水素生成装置1には、実施の形態1の水素生成装置1に限られず、実施の形態2乃至実施の形態4の水素生成装置1を使用してもよい。 Note that the hydrogen generator 1 in the present embodiment is not limited to the hydrogen generator 1 in the first embodiment, and the hydrogen generator 1 in the second to fourth embodiments may be used.
本発明にかかる水素生成装置は、触媒の劣化をより防止する効果を有し、生成した水素を利用し発電を行う、燃料電池等への利用には有用である。また、純度の高い水素を合成するという効果が必要な化学プラント等にも適用でき有用である。 The hydrogen generator according to the present invention has an effect of further preventing deterioration of the catalyst, and is useful for use in a fuel cell or the like that generates power using the generated hydrogen. It is also applicable to chemical plants that require the effect of synthesizing high purity hydrogen.
1 水素生成装置
2 燃料電池システム
101 改質部
102 原料供給部
103 水供給部
104 改質部加熱部
105 改質部温度検出部
106 パージ用空気供給部
111 シフト反応部
112 シフト反応部加熱部
113 シフト反応部温度検出部
121 CO除去部
122 空気供給部
123 CO除去部加熱部
124 CO除去部温度検出部
125 燃料電池
200 制御部
201 I/O入力ポート
202 CPU
203 記憶装置
204 I/O出力ポート
205 バス
206 入力装置
207 出力装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hydrogen generator 2 Fuel cell system 101 Reforming part 102 Raw material supply part 103 Water supply part 104 Reforming part heating part 105 Reforming part temperature detection part 106 Purge air supply part 111 Shift reaction part 112 Shift reaction part heating part 113 Shift reaction unit temperature detection unit 121 CO removal unit 122 Air supply unit 123 CO removal unit heating unit 124 CO removal unit temperature detection unit 125 Fuel cell 200 Control unit 201 I /
203 Storage Device 204 I / O Output Port 205 Bus 206 Input Device 207 Output Device
Claims (11)
前記改質部を加熱するための改質部加熱部と、
前記改質ガス中の一酸化炭素を低減させる一酸化炭素低減触媒を有する一酸化炭素低減部と、
前記一酸化炭素低減部、前記一酸化炭素低減触媒、及び前記一酸化炭素低減部を通過する前記改質ガス、のうち少なくともいずれか1つを加熱するための一酸化炭素低減加熱部と、
制御部とを備え、
運転停止動作時に、前記制御部の制御により、一酸化炭素低減部内の水蒸気が凝縮しない第1の所定温度より高くになるように前記一酸化炭素低減加熱部を動作させることを特徴とする水素生成装置。 A reforming section having a reforming catalyst that reacts the raw material with water to generate a hydrogen-rich reformed gas;
A reforming section heating section for heating the reforming section;
A carbon monoxide reduction section having a carbon monoxide reduction catalyst for reducing carbon monoxide in the reformed gas;
A carbon monoxide reduction heating unit for heating at least one of the carbon monoxide reduction unit, the carbon monoxide reduction catalyst, and the reformed gas passing through the carbon monoxide reduction unit;
A control unit,
Hydrogen generation characterized by operating the carbon monoxide reduction heating unit so as to be higher than a first predetermined temperature at which the water vapor in the carbon monoxide reduction unit does not condense when the operation is stopped apparatus.
前記一酸化炭素低減加熱部は、シフト反応部加熱部またはCO除去部加熱部であり、
前記シフト反応部の有する一酸化炭素低減触媒は、シフト反応触媒であり、
前記CO除去部の有する一酸化炭素低減触媒は、選択酸化触媒およびメタン化触媒の少なくとも一方を含む、
請求項1に記載の水素生成装置。 The carbon monoxide reduction unit is a shift reaction unit or a CO removal unit,
The carbon monoxide reduction heating unit is a shift reaction unit heating unit or a CO removal unit heating unit,
The carbon monoxide reduction catalyst of the shift reaction unit is a shift reaction catalyst,
The carbon monoxide reduction catalyst that the CO removal unit has includes at least one of a selective oxidation catalyst and a methanation catalyst,
The hydrogen generator according to claim 1.
運転停止動作時において、前記一酸化炭素低減部の温度が少なくとも前記第一の所定温度以下になっている間は、前記制御部の制御により、前記一酸化炭素低減加熱部を動作させる、
請求項1に記載の水素生成装置。 A carbon monoxide reduction unit temperature detection unit for detecting the temperature of the carbon monoxide reduction unit;
During the shutdown operation, while the temperature of the carbon monoxide reduction unit is at least the first predetermined temperature or less, the control unit controls the carbon monoxide reduction heating unit.
The hydrogen generator according to claim 1.
請求項1に記載の水素生成装置。 When the operation is stopped, based on the stop command, the control unit controls the carbon monoxide reduction heating unit.
The hydrogen generator according to claim 1.
請求項4に記載の水素生成装置。 After a certain time has elapsed since the stop command was issued, the operation of the carbon monoxide reduction heating unit is stopped by the control of the control unit,
The hydrogen generator according to claim 4.
運転停止動作時に、前記制御部の制御により、原料および水の供給を停止し、
前記制御部の制御により、前記一酸化炭素低減加熱部を動作させ、
前記改質部温度検出部によって検出された温度が、改質触媒上に炭素が析出しない温度になったときに、前記制御部の制御により、原料を供給して水素生成装置内をパージし、
その後、前記制御部の制御により、原料の供給および一酸化炭素低減加熱部の動作を停止する、
請求項1乃至5に記載の水素生成装置。 A reforming unit temperature detection unit for detecting the temperature of the reforming unit;
During the shutdown operation, the control of the control unit stops the supply of raw materials and water,
Under the control of the control unit, the carbon monoxide reduction heating unit is operated,
When the temperature detected by the reforming unit temperature detection unit reaches a temperature at which no carbon is deposited on the reforming catalyst, the control of the control unit supplies the raw material to purge the inside of the hydrogen generator,
Thereafter, the control of the control unit stops the supply of the raw material and the operation of the carbon monoxide reduction heating unit.
The hydrogen generator according to claim 1.
第2のパージ用ガスを供給するための第2のパージ用ガス供給部と、
前記改質部の温度を検出する改質部温度検出部とを備え、
前記運転停止動作時において、
前記改質部温度検出部によって検出された温度が、第2の所定温度未満の場合、前記水素生成装置が前記第2のパージ用ガスで満たされるまで、前記制御部の制御により、前記第2供給部を動作させ、
前記改質部温度検出部によって検出された温度が、第2の所定温度未満でない場合、前記制御部の制御により、前記第1のパージ用ガス供給部を動作させ、前記改質部温度検出部による検出温度が前記第2の所定温度未満になった後、前記制御部の制御により、前記第2のパージ用ガス供給部を、前記水素生成装置が前記第2のパージ用ガスで満たされるまで動作させる、
請求項1乃至5に記載の水素生成装置。 A first purge gas supply unit for supplying a first purge gas;
A second purge gas supply unit for supplying a second purge gas;
A reforming unit temperature detection unit for detecting the temperature of the reforming unit,
During the stop operation,
When the temperature detected by the reforming unit temperature detection unit is lower than the second predetermined temperature, the second generation gas is controlled by the control unit until the hydrogen generator is filled with the second purge gas. Operate the supply section,
When the temperature detected by the reforming unit temperature detection unit is not less than a second predetermined temperature, the control unit controls the first purge gas supply unit to operate the reforming unit temperature detection unit. After the detected temperature by the temperature becomes lower than the second predetermined temperature, the control of the control unit causes the second purge gas supply unit to be filled with the second purge gas under the control of the control unit. Make it work,
The hydrogen generator according to claim 1.
前記第2のパージ用ガスは空気であって、
前記第2の所定温度とは、前記改質触媒が酸化されない温度である、
請求項7に記載の水素生成装置。 The first purge gas is water vapor;
The second purge gas is air;
The second predetermined temperature is a temperature at which the reforming catalyst is not oxidized.
The hydrogen generator according to claim 7.
前記第2のパージ用ガスは原料であって、
前記第2の所定温度とは、前記改質触媒上に炭素が析出しない温度である、
請求項7に記載の水素生成装置。 The first purge gas is water vapor;
The second purge gas is a raw material,
The second predetermined temperature is a temperature at which carbon is not deposited on the reforming catalyst.
The hydrogen generator according to claim 7.
請求項7に記載の水素生成装置。 The first purge gas is either a combustion exhaust gas or an inert gas.
The hydrogen generator according to claim 7.
前記水素生成装置によって生成された水素を用いて発電を行う燃料電池とを備えた、
燃料電池システム。
A hydrogen generator according to any one of claims 1 to 10,
A fuel cell that generates power using hydrogen generated by the hydrogen generator,
Fuel cell system.
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JP2004369582A JP2005206457A (en) | 2003-12-26 | 2004-12-21 | Hydrogen generator, and fuel cell system using hydrogen generator |
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