JP2006233011A - Fuel gas treating equipment - Google Patents

Fuel gas treating equipment Download PDF

Info

Publication number
JP2006233011A
JP2006233011A JP2005049709A JP2005049709A JP2006233011A JP 2006233011 A JP2006233011 A JP 2006233011A JP 2005049709 A JP2005049709 A JP 2005049709A JP 2005049709 A JP2005049709 A JP 2005049709A JP 2006233011 A JP2006233011 A JP 2006233011A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
unit
catalyst
catalytic combustion
fuel gas
combustion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2005049709A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigenori Onuma
重徳 尾沼
Kouichi Kuwaha
孝一 桑葉
Atsushi Takumi
厚至 工匠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aisin Seiki Co Ltd, Toyota Motor Corp filed Critical Aisin Seiki Co Ltd
Priority to JP2005049709A priority Critical patent/JP2006233011A/en
Priority to DE112006000399T priority patent/DE112006000399T5/en
Priority to US11/884,019 priority patent/US20080112859A1/en
Priority to PCT/JP2006/303214 priority patent/WO2006088234A1/en
Publication of JP2006233011A publication Critical patent/JP2006233011A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

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

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide fuel gas treating equipment advantageous in the ignition capability and improvement of combustion in the catalytic combustion section. <P>SOLUTION: The fuel gas treating equipment is equipped with the gas supply section 2 which supplies the fuel gas which may contain carbon monoxide and the catalytic combustion section 5 which has the catalyst 5c and subjects the fuel gas to oxidation reaction by the catalyst 5c. The equipment is equipped with the carbon monoxide reduction section by which the carbon monoxide contained in the fuel gas before the supply for the catalytic combustion section 5 is reduced, the fuel gas is purified and the ignition capability in the catalytic combustion section 5 is enhanced. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は燃料ガスを触媒で酸化反応させる触媒を有する触媒燃焼部を備える燃料ガス処理装置に関する。   The present invention relates to a fuel gas processing apparatus including a catalytic combustion unit having a catalyst for oxidizing a fuel gas with a catalyst.

従来、燃料ガス処理装置として、燃料ガスを供給するガス供給部と、触媒を有し燃料ガスを触媒で酸化反応させる触媒燃焼部とを有するものが知られている。また特許文献1には、メタノールとH2Oとを反応させ、水素及び一酸化炭素(以下、COともいう)を含む改質ガスを生成する技術が開示されている。このものでは、改質部の上流に設けた熱交換器において、COを含む可燃性ガスを触媒成分により触媒燃焼させる技術が開示されている。このものでは、触媒成分としてPdO及びPtが有効であることが記載されている。
特開2003−081687号公報
2. Description of the Related Art Conventionally, a fuel gas processing apparatus having a gas supply unit that supplies fuel gas and a catalyst combustion unit that has a catalyst and oxidizes the fuel gas with the catalyst is known. Patent Document 1 discloses a technique for reacting methanol with H 2 O to generate a reformed gas containing hydrogen and carbon monoxide (hereinafter also referred to as CO). This discloses a technique for catalytically combusting a combustible gas containing CO with a catalyst component in a heat exchanger provided upstream of the reforming section. This document describes that PdO and Pt are effective as catalyst components.
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-081687

ところで、上記した燃料ガス処理装置では、燃料ガスにCOガスが含まれていることがある。この場合COガスの濃度が高くなると、触媒燃焼部の触媒にCOが吸着するため、着火性、燃焼性が阻害される。触媒燃焼部の温度を高くしたとしても、触媒燃焼部の着火性、燃焼性が阻害される。触媒燃焼部が着火しないまま、COガスを含む燃料ガスが触媒燃焼部に供給されると、COガスが触媒燃焼部に過剰に吸着するため、触媒燃焼部がますます着火しにくくなる不具合がある。   By the way, in the fuel gas processing apparatus described above, the fuel gas may contain CO gas. In this case, if the concentration of the CO gas is increased, CO is adsorbed on the catalyst in the catalytic combustion section, so that ignitability and combustibility are hindered. Even if the temperature of the catalytic combustion section is increased, the ignitability and combustibility of the catalytic combustion section are hindered. If fuel gas containing CO gas is supplied to the catalytic combustion section without igniting the catalytic combustion section, CO gas is excessively adsorbed to the catalytic combustion section, which makes the catalytic combustion section more difficult to ignite. .

また、上記した特許文献1では、触媒燃焼させる触媒燃焼部としての機能を有する熱交換器を備えた改質装置が開示されている。しかしながら上記した特許文献1では、COガスを含む燃料ガスに対しては、触媒成分としてPdO及びPtが有効である旨が記載されているものの、COガスを低減させることにより触媒燃焼部における着火性、燃焼の安定性を図る方策については、言及されていない。   Moreover, the above-described Patent Document 1 discloses a reformer including a heat exchanger having a function as a catalytic combustion unit that performs catalytic combustion. However, although the above-mentioned Patent Document 1 describes that PdO and Pt are effective as catalyst components for a fuel gas containing CO gas, the ignitability in the catalytic combustion section is reduced by reducing CO gas. No mention is made of measures for improving the stability of combustion.

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、COガスを低減させることにより触媒燃焼部の着火性、燃焼性の向上に有利な燃料ガス処理装置を提供することを課題とする。   This invention is made | formed in view of the above-mentioned actual condition, and makes it a subject to provide the fuel gas processing apparatus advantageous for the improvement of the ignitability of a catalyst combustion part, and combustibility by reducing CO gas.

様相1に係る燃料ガス処理装置は、一酸化炭素を含み得る燃料ガスを供給するガス供給部と、触媒を有し燃料ガスを触媒で酸化反応させる触媒燃焼部とを具備している燃料ガス処理装置において、触媒燃焼部に供給される前の燃料ガスに含まれている一酸化炭素を低減させて、触媒燃焼部における着火性を高める一酸化炭素低減部を具備することを特徴とするものである。   A fuel gas processing apparatus according to aspect 1 includes a gas supply unit that supplies a fuel gas that may contain carbon monoxide, and a catalyst combustion unit that has a catalyst and causes the fuel gas to undergo an oxidation reaction with the catalyst. The apparatus includes a carbon monoxide reduction unit that reduces carbon monoxide contained in the fuel gas before being supplied to the catalyst combustion unit and improves ignitability in the catalyst combustion unit. is there.

本発明に係る燃料ガス処理装置によれば、触媒燃焼部に供給される前の燃料ガスに含まれている一酸化炭素を一酸化炭素低減部により低減させ、触媒燃焼部に供給される前の燃料ガスを浄化させる。このため一酸化炭素が触媒燃焼部に過剰に吸着することが抑制され、触媒燃焼部における着火性、燃焼性を高めことができる。   According to the fuel gas processing apparatus of the present invention, the carbon monoxide contained in the fuel gas before being supplied to the catalytic combustion unit is reduced by the carbon monoxide reducing unit, and before being supplied to the catalytic combustion unit. Purify the fuel gas. For this reason, it is suppressed that carbon monoxide adsorb | sucks excessively to a catalyst combustion part, and the ignitability and combustibility in a catalyst combustion part can be improved.

様相2に係る燃料ガス処理装置によれば、起動時において一酸化炭素低減部の温度がこれの活性化温度領域に到達する時間を促進させる活性化促進手段が設けられていることを特徴とする。起動時においても、一酸化炭素低減部の温度がこれの活性化温度領域に到達する時間を活性化促進手段により促進させることができる。   The fuel gas processing apparatus according to aspect 2 is characterized in that activation promoting means for accelerating the time required for the temperature of the carbon monoxide reducing unit to reach the activation temperature region at the time of startup is provided. . Even at the time of start-up, the time for the temperature of the carbon monoxide reducing portion to reach the activation temperature region can be promoted by the activation promoting means.

本発明に係る燃料ガス処理装置によれば、触媒燃焼部に供給される前の燃料ガスに含まれている一酸化炭素を一酸化炭素低減部により低減させ、触媒燃焼部に供給される前の燃料ガスを浄化させる。このため一酸化炭素が触媒燃焼部の触媒に過剰に吸着することが抑制され、触媒燃焼部の温度が低いときであっても、触媒燃焼部における着火性、燃焼性を高めことができる。   According to the fuel gas processing apparatus of the present invention, the carbon monoxide contained in the fuel gas before being supplied to the catalytic combustion unit is reduced by the carbon monoxide reducing unit, and before being supplied to the catalytic combustion unit. Purify the fuel gas. For this reason, it is suppressed that carbon monoxide is adsorbed excessively on the catalyst in the catalytic combustion section, and the ignitability and combustibility in the catalytic combustion section can be improved even when the temperature of the catalytic combustion section is low.

燃料ガス処理装置は、一酸化炭素を含み得る燃料ガスを供給するガス供給部と、燃料ガスを触媒で酸化反応させる触媒を有する触媒燃焼部と、一酸化炭素低減部を備えている。燃料ガスは水素を主要成分とする(例えば10モル%以上)と共に一酸化炭素を含み得るガスである形態を例示することができる。水素は比重及び粘性が小さく、拡散係数が高く、更に低温着火性、低温燃焼性に優れ、更に、燃焼速度が速く、燃焼により水分が生成されるという性質を有する。一酸化炭素低減部は、触媒燃焼部に供給される前の燃料ガスに含まれている一酸化炭素を低減させて燃料ガスを浄化させる。これにより触媒燃焼部における着火性を高める。   The fuel gas processing apparatus includes a gas supply unit that supplies a fuel gas that may contain carbon monoxide, a catalyst combustion unit that has a catalyst that causes the fuel gas to undergo an oxidation reaction with a catalyst, and a carbon monoxide reduction unit. The fuel gas can be exemplified by a form in which hydrogen is a main component (for example, 10 mol% or more) and a gas that can contain carbon monoxide. Hydrogen has the properties of low specific gravity and viscosity, high diffusion coefficient, excellent low temperature ignitability and low temperature flammability, high combustion speed, and generation of moisture by combustion. The carbon monoxide reduction unit purifies the fuel gas by reducing the carbon monoxide contained in the fuel gas before being supplied to the catalytic combustion unit. This enhances the ignitability in the catalytic combustion section.

一酸化炭素低減部としては、燃料ガス中のCOの濃度を低減させるものである。一酸化炭素低減部は、燃料ガスに含まれている一酸化炭素の濃度を低減させるCO第1低減部と、燃料ガスに含まれている一酸化炭素の濃度を更に低減させるCO第2低減部とを有することができる。CO第1低減部及びCO第2低減部のうちの一方は、COとH2Oとを反応させてCOを低減させる方式を例示することができる。CO第1低減部及びCO第2低減部のうちの他方は、COとO2とを反応させてCOを低減させる方式を例示することができる。 As the carbon monoxide reduction unit, the concentration of CO in the fuel gas is reduced. The carbon monoxide reduction unit includes a CO first reduction unit that reduces the concentration of carbon monoxide contained in the fuel gas, and a CO second reduction unit that further reduces the concentration of carbon monoxide contained in the fuel gas. Can have. One of the CO first reduction unit and the CO second reduction unit can exemplify a method of reducing CO by reacting CO with H 2 O. The other of the CO first reduction unit and the CO second reduction unit can exemplify a method of reducing CO by reacting CO and O 2 .

触媒燃焼部としては、一酸化炭素低減部を暖機するように一酸化炭素低減部の上流側に配設されている形態を例示することができる。起動時に一酸化炭素低減部を暖機するため、一酸化炭素低減部を早期に活性温度領域に到達されるのに有利である。触媒燃焼部は、ガス供給部に連通して配設されており、燃料ガスを触媒で酸化反応させる触媒を担持する。触媒燃焼は、燃料ガスの成分と酸素とを触媒の存在下で酸化反応させる燃焼であり、多くの場合には無炎燃焼の形態(場合によっては有炎燃焼)で燃焼し、触媒を用いない通常の燃焼に比較して燃焼開始温度及び燃焼温度が低い。またガスの組成が変動するときであっても、着火性、燃焼性を安定化させ得る。なお、無炎燃焼は目視で炎が実質的に視認できない酸化燃焼の形態をいう。用いられる触媒としては、白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、オスミウム等の白金属金属、あるいは、ニッケル、コバルト、鉄、マンガン、クロム、銀等を含む金属酸化物のうちの少なくとも1種を例示できる。触媒は担体に担持されていてもよい。担体としてはペレット担体でも、モノリス担体でもよい。触媒燃焼部は一酸化炭素低減部を暖機させるものでもよい。   Examples of the catalytic combustion unit include a configuration in which the carbon monoxide reduction unit is disposed upstream of the carbon monoxide reduction unit so as to warm up. Since the carbon monoxide reduction part is warmed up at the time of start-up, it is advantageous for the carbon monoxide reduction part to reach the activation temperature region early. The catalytic combustion unit is disposed in communication with the gas supply unit, and carries a catalyst that oxidizes the fuel gas with the catalyst. Catalytic combustion is combustion in which a fuel gas component and oxygen are oxidized in the presence of a catalyst. In many cases, combustion is performed in a form of flameless combustion (in some cases, flammable combustion), and no catalyst is used. Compared to normal combustion, the combustion start temperature and the combustion temperature are low. Even when the gas composition varies, the ignitability and combustibility can be stabilized. Flameless combustion refers to a form of oxidation combustion in which the flame is not visually visible. Examples of the catalyst used include at least one of white metal metals such as platinum, rhodium, palladium, ruthenium, iridium and osmium, or metal oxides including nickel, cobalt, iron, manganese, chromium and silver. it can. The catalyst may be supported on a carrier. The carrier may be a pellet carrier or a monolith carrier. The catalytic combustion section may warm up the carbon monoxide reduction section.

上記したガス供給部は、改質原料を改質させて改質ガスを燃料ガスとして生成する改質部本体と、燃焼により改質部本体を加熱する燃焼部とを有する形態を例示することができる。この場合、一酸化炭素低減部としては、改質部本体および/または燃焼部からの熱が伝達される位置に伝熱可能に配設されている形態を例示することができる。この場合、起動時においても、一酸化炭素低減部は早期に活性温度領域に到達できるため、燃料ガスのCO濃度を低減させるのに貢献できる。   The gas supply unit described above may exemplify a form having a reforming unit body that reforms a reforming raw material to generate reformed gas as a fuel gas, and a combustion unit that heats the reforming unit body by combustion. it can. In this case, examples of the carbon monoxide reduction unit include a configuration in which heat transfer from the reforming unit main body and / or the combustion unit is transmitted to a position where heat can be transmitted. In this case, the carbon monoxide reduction unit can reach the activation temperature region at an early stage even at the time of start-up, which can contribute to reducing the CO concentration of the fuel gas.

本発明によれば、起動時において一酸化炭素低減部の温度が活性化温度領域に到達する時間を促進させる活性化促進手段が設けられている形態を例示することができる。活性化促進手段としては、一酸化炭素低減部を直接的又は間接的に加熱する電気ヒータ等の加熱部である形態を採用することができる。電気ヒータであれば、制御性が良好である。   According to the present invention, it is possible to exemplify a form in which activation promoting means for accelerating the time for the temperature of the carbon monoxide reducing unit to reach the activation temperature region at the time of startup. As the activation promoting means, a form that is a heating unit such as an electric heater that directly or indirectly heats the carbon monoxide reduction unit can be adopted. If it is an electric heater, controllability is favorable.

また活性化促進手段は、改質部の燃焼部から燃焼排ガスを一酸化炭素低減部に供給し燃焼排ガスの熱により一酸化炭素低減部を加熱する燃焼排ガス通路を有している形態を例示することができる。起動時には改質部の燃焼部から高温の燃焼排ガスが燃焼排ガス通路に排出されるため、一酸化炭素低減部を短時間に加熱できる。この場合、起動時においても、一酸化炭素低減部を早期に活性温度領域に到達できるため、改質ガスのCO濃度を低減させるのに貢献できる。また活性化促進手段は、起動時に一酸化炭素低減部に酸素を供給する形態を例示することができる。これにより一酸化炭素と酸素とを反応させ、起動時におけるCO濃度を低減させるのに貢献できる。   Further, the activation promoting means exemplifies a form having a combustion exhaust gas passage for supplying combustion exhaust gas from the combustion part of the reforming part to the carbon monoxide reduction part and heating the carbon monoxide reduction part by heat of the combustion exhaust gas. be able to. At startup, high-temperature combustion exhaust gas is discharged from the combustion part of the reforming part into the combustion exhaust gas passage, so that the carbon monoxide reduction part can be heated in a short time. In this case, since the carbon monoxide reduction unit can reach the activation temperature region at an early stage even at the start-up, it can contribute to reducing the CO concentration of the reformed gas. Further, the activation promoting means can be exemplified by a form in which oxygen is supplied to the carbon monoxide reduction unit at the time of activation. Thereby, carbon monoxide and oxygen can be reacted to contribute to reducing the CO concentration at the time of startup.

本発明によれば、活性化促進手段は、水素及び一酸化炭素を含む燃料ガスを触媒燃焼部に導入する導入手段と、水素及び一酸化炭素を含む燃料ガスを導入手段により触媒燃焼部に導入する前に、酸素を主成分とするガス(一般的には空気)を触媒燃焼部に供給する酸素供給手段とを備えている形態を例示することができる。このように酸素を主成分とするガスが触媒燃焼部に供給された状態で、水素及び一酸化炭素を含む燃料ガスが触媒燃焼部に供給されると、燃料ガスが一酸化炭素を含むときであっても、触媒燃焼部の着火性が確保され易い。一酸化炭素は触媒燃焼部の触媒に吸着されて触媒活性を低下させる傾向をもつ。しかしながら燃焼しやすい水素が存在すれば、水素の燃焼容易性のため、触媒燃焼部は着火し易くなる。ここで、水素分子は軽量で粘性が小さく、一酸化炭素の分子よりも流速が速いため、一酸化炭素の分子よりも水素の分子が触媒燃焼部に到達し易く、水素リッチの雰囲気を一時的に触媒燃焼部に生成し易いことも起因していると推察される。   According to the present invention, the activation promoting means introduces the fuel gas containing hydrogen and carbon monoxide into the catalytic combustion section, and introduces the fuel gas containing hydrogen and carbon monoxide into the catalytic combustion section by the introducing means. Before starting, a mode including oxygen supply means for supplying a gas (generally air) containing oxygen as a main component to the catalytic combustion section can be exemplified. When the fuel gas containing hydrogen and carbon monoxide is supplied to the catalytic combustion unit in a state where the gas mainly containing oxygen is supplied to the catalytic combustion unit, the fuel gas contains carbon monoxide. Even if it exists, it is easy to ensure the ignitability of a catalyst combustion part. Carbon monoxide tends to be adsorbed by the catalyst in the catalytic combustion section and reduce the catalytic activity. However, if there is hydrogen that is easily combusted, the catalytic combustion part is easily ignited due to the ease of combustion of hydrogen. Here, hydrogen molecules are light and have a low viscosity, and the flow rate is faster than that of carbon monoxide molecules. Therefore, hydrogen molecules are more likely to reach the catalytic combustion part than carbon monoxide molecules, and a hydrogen-rich atmosphere is temporarily created. It is presumed that this is also attributed to the fact that it is easily generated in the catalytic combustion section.

本発明によれば、触媒燃焼部の触媒燃焼を制御する触媒燃焼制御部が設けられている形態を例示することができる。触媒燃焼制御部は、触媒燃焼部の着火の際に、燃料ガスと空気とが火炎を生成しつつ燃焼する可燃範囲から外れる領域において触媒燃焼部を着火させる着火操作と、着火後に、触媒燃焼部に供給する単位時間当たりの空気量を着火操作時よりも増加させる増量操作とを実行することができる。着火は、酸化燃焼反応が開始され、持続するようになる現象をいう。着火の有無については、例えば、触媒燃焼部の温度がある温度上昇することにより着火と判定することができる。触媒燃焼における燃焼性は良好であるため、可燃範囲から外れる領域においても触媒燃焼部を着火させることができる。着火後に、触媒燃焼部に供給する空気の流量を増加すれば、触媒燃焼部における酸化反応の安定性も向上し、更に、触媒燃焼部における発熱量、昇温性も確保される。従って、燃焼性を阻害するCOが燃料ガスに含まれているときであっても、燃料ガスの可燃成分と空気との比である空燃比が変動するときであっても、あるいは、触媒の温度が低い、燃料ガスに水蒸気や水滴などの湿分が存在しているとき等であっても、触媒燃焼部の燃焼の制御に容易となる。   According to the present invention, it is possible to exemplify a form in which a catalytic combustion control unit that controls catalytic combustion of the catalytic combustion unit is provided. When the catalytic combustion unit is ignited, the catalytic combustion control unit ignites the catalytic combustion unit in a region outside the combustible range where the fuel gas and air burn while generating a flame, and after the ignition, the catalytic combustion unit It is possible to execute an increase operation for increasing the amount of air supplied per unit time per unit time compared to the ignition operation. Ignition refers to a phenomenon in which an oxidative combustion reaction starts and continues. About the presence or absence of ignition, it can determine with ignition, for example, when the temperature of a catalyst combustion part rises a certain temperature. Since the combustibility in the catalytic combustion is good, the catalytic combustion part can be ignited even in a region outside the combustible range. If the flow rate of air supplied to the catalytic combustion section is increased after ignition, the stability of the oxidation reaction in the catalytic combustion section is improved, and further, the amount of heat generated and the temperature rise in the catalytic combustion section are secured. Therefore, even when CO that inhibits combustibility is contained in the fuel gas, even when the air-fuel ratio, which is the ratio of the combustible component of the fuel gas to air, fluctuates, or the temperature of the catalyst Even when the fuel gas contains moisture such as water vapor or water droplets, it is easy to control the combustion in the catalytic combustion section.

以下、本発明の実施例1を図面を参照して具体的に説明する。本実施例に係る改質装置は燃料電池発電システムに適用したものである。図1は改質装置のシステム図である。図2は改質装置の要部を模式的に示す図である。図3及び図4は触媒燃焼部を示す。図1に示すように、燃料電池のスタック1が設けられている。スタック1は燃料電池の複数のセルを積層したものである。セルは、改質ガス(燃料ガス)が供給される燃料極10と、酸化剤としての酸素を含む酸素含有ガスが供給される酸化剤極11と、燃料極10及び酸化剤極11で挟持された電解質膜12とを有する。   Embodiment 1 of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. The reformer according to the present embodiment is applied to a fuel cell power generation system. FIG. 1 is a system diagram of a reformer. FIG. 2 is a diagram schematically showing the main part of the reformer. 3 and 4 show the catalytic combustion section. As shown in FIG. 1, a fuel cell stack 1 is provided. The stack 1 is a stack of a plurality of cells of a fuel cell. The cell is sandwiched between a fuel electrode 10 to which a reformed gas (fuel gas) is supplied, an oxidant electrode 11 to which an oxygen-containing gas containing oxygen as an oxidant is supplied, and the fuel electrode 10 and the oxidant electrode 11. And an electrolyte membrane 12.

燃料ガス処理装置は、改質原料を水蒸気改質させることにより水素を主要成分とする改質ガス(燃料ガス)を生成する改質部(ガス供給部)2と、改質部2で生成された改質ガスに含まれている不純物としての一酸化炭素を低減させる一酸化炭素低減部3Aとを備えている。改質原料は燃料系原料及び水系原料である。燃料系原料は例えば都市ガス、LPG、灯油、ジエチルエーテル等の炭化水素系燃料、メタノール等のアルコール系燃料等が例示される。   The fuel gas processing apparatus is generated by a reforming unit (gas supply unit) 2 that generates reformed gas (fuel gas) containing hydrogen as a main component by steam reforming the reforming raw material, and the reforming unit 2. And a carbon monoxide reduction unit 3A for reducing carbon monoxide as an impurity contained in the reformed gas. The reforming material is a fuel material and an aqueous material. Examples of the fuel-based material include city gas, LPG, kerosene, diethyl ether, and other hydrocarbon fuels, methanol and other alcohol fuels, and the like.

図2に示すように、改質部2は、改質反応を促進させる改質触媒20cを有する改質部本体20と、燃料系原料及び空気が供給されるバーナ21と、燃料系原料が燃焼するリング状断面を有する円筒状の燃焼帯22と、燃焼帯22から伝達された熱により水系原料を蒸発させるリング状断面を有する円筒状の蒸発部23とを有する。バーナ21と燃焼帯20で燃焼部200を形成している。燃焼帯22の熱は改質部本体20及び蒸発部23に伝達される。改質部本体20に設けられている改質触媒20cの活性温度領域は、一般的には500〜800℃であるが、これに限られるものではない。   As shown in FIG. 2, the reforming unit 2 includes a reforming unit body 20 having a reforming catalyst 20c that promotes a reforming reaction, a burner 21 to which a fuel system material and air are supplied, and the fuel system material burns. A cylindrical combustion zone 22 having a ring-shaped cross section, and a cylindrical evaporation section 23 having a ring-shaped cross section for evaporating the water-based material by heat transferred from the combustion zone 22. The burner 21 and the combustion zone 20 form a combustion part 200. The heat in the combustion zone 22 is transmitted to the reforming unit main body 20 and the evaporation unit 23. The active temperature region of the reforming catalyst 20c provided in the reforming unit main body 20 is generally 500 to 800 ° C., but is not limited thereto.

図2に示すようにシフト部3には、シフト部3を加熱するための加熱部として機能する電気ヒータ59(活性化促進手段)が取り付けられている。殊に電気ヒータ59はシフト部3の外周側にリング状断面を有する円筒状に取り付けられている。   As shown in FIG. 2, an electric heater 59 (activation promoting means) that functions as a heating unit for heating the shift unit 3 is attached to the shift unit 3. In particular, the electric heater 59 is attached to the outer peripheral side of the shift portion 3 in a cylindrical shape having a ring-shaped cross section.

図2に示すように、バーナ21には燃料系原料と燃焼用の空気とが供給され、燃料系原料の燃焼により改質部本体20が高温領域に加熱される。改質部本体20は、下記の式(1)に基づいて、改質原料(燃料系原料と水系原料)とを反応させて水蒸気改質を行い、水素を主要成分とする改質ガスを燃料ガスとして生成する。改質部本体20で生成された改質ガスにはCOが副生成物として生じる。この場合、COの濃度は一般的には5〜15%であるが、これに限られるものではない。なおCOの濃度はモル%を基準とする。   As shown in FIG. 2, the fuel system material and combustion air are supplied to the burner 21, and the reforming unit body 20 is heated to a high temperature region by the combustion of the fuel system material. Based on the following formula (1), the reforming unit main body 20 reacts a reforming raw material (a fuel-based raw material and an aqueous raw material) to perform steam reforming, and fuels a reformed gas containing hydrogen as a main component. Produced as a gas. CO is generated as a by-product in the reformed gas generated in the reformer main body 20. In this case, the concentration of CO is generally 5 to 15%, but is not limited thereto. The CO concentration is based on mol%.

図1に示すように、一酸化炭素低減部3Aは、改質部2からの熱が伝達される位置に伝熱可能に、改質部2の下流に配設されており、CO第1低減部としてのシフト部3と、CO第2低減部としてのCO浄化部4とで形成されている。シフト部3は、下記の式(2)に基づいてシフト反応を促進させるシフト触媒3cを有する。シフト触媒3cの活性温度領域は一般的には200〜300℃であるが、これに限られるものではない。シフト触媒3cは例えば銅−亜鉛系の触媒を主要成分とするが、これに限定されるものではない。   As shown in FIG. 1, the carbon monoxide reduction unit 3A is disposed downstream of the reforming unit 2 so as to be able to transfer heat to a position where heat from the reforming unit 2 is transmitted. The shift part 3 as a part and the CO purification part 4 as a CO second reduction part are formed. The shift unit 3 includes a shift catalyst 3c that promotes the shift reaction based on the following formula (2). The active temperature region of the shift catalyst 3c is generally 200 to 300 ° C., but is not limited thereto. The shift catalyst 3c includes, for example, a copper-zinc catalyst as a main component, but is not limited thereto.

CO浄化部4は、下記の式(3)に基づいてCOを二酸化炭素に酸化させて低減させる反応を促進させる浄化触媒4c(例えばルテニウム系)を有しており、更に、浄化触媒4cを担持したセラミックス製の担体(例えばアルミナ系)を有する。浄化触媒4cの活性温度領域は一般的には100〜200℃であるが、これに限られるものではない。シフト部3で浄化された改質ガスに含まれているCOの濃度は、一般的には0.2〜1%であるが、これに限られるものではない。CO浄化部4で浄化された改質ガスに含まれているCOの濃度は一般的には10ppm以下であるが、これに限られるものではない。
式(1)…CH4+H2O→3H2+CO
式(2)…CO+H2O→H2+CO2
式(3)…CO+1/2O2→CO2
図1に示すように、触媒で酸化反応させる触媒燃焼部5はシフト部3と改質部2との間に介在しており、改質部2に連通する入口5sと、シフト部3に連通する出口5eとを有する。触媒燃焼部5は、シフト部3を昇温させやすいように、改質部2の下流で且つシフト部3の上流側に配設され、殊に、シフト部3に隣接して配設されている。つまり、起動時に改質部2で生成された改質ガスがシフト部3に向けて流れる流路において、改質部2の下流で且つシフト部3の上流に触媒燃焼部5の触媒燃焼部本体50を配置することにより構成されている。これが触媒燃焼部本体昇温促進手段を構成する。
The CO purification unit 4 has a purification catalyst 4c (for example, ruthenium-based) that promotes a reaction that oxidizes and reduces CO to carbon dioxide based on the following formula (3), and further carries the purification catalyst 4c. And a ceramic carrier (for example, alumina). The activation temperature region of the purification catalyst 4c is generally 100 to 200 ° C., but is not limited thereto. The concentration of CO contained in the reformed gas purified by the shift unit 3 is generally 0.2 to 1%, but is not limited thereto. The concentration of CO contained in the reformed gas purified by the CO purification unit 4 is generally 10 ppm or less, but is not limited thereto.
Formula (1): CH 4 + H 2 O → 3H 2 + CO
Formula (2): CO + H 2 O → H 2 + CO 2
Formula (3): CO + 1 / 2O 2 → CO 2
As shown in FIG. 1, the catalytic combustion unit 5 that undergoes an oxidation reaction with a catalyst is interposed between the shift unit 3 and the reforming unit 2, and communicates with the inlet 5 s that communicates with the reforming unit 2 and the shift unit 3. And an outlet 5e. The catalytic combustion unit 5 is disposed downstream of the reforming unit 2 and upstream of the shift unit 3 so as to easily raise the temperature of the shift unit 3, and in particular, disposed adjacent to the shift unit 3. Yes. That is, in the flow path in which the reformed gas generated in the reforming unit 2 at the start flows toward the shift unit 3, the catalytic combustion unit main body of the catalytic combustion unit 5 downstream of the reforming unit 2 and upstream of the shift unit 3. 50 is arranged. This constitutes a catalyst combustion part main body temperature increase promotion means.

起動時には、触媒燃焼部5の触媒燃焼部本体50の暖機用導入口5iに、改質部2で生成された改質ガス(燃料ガス)が導入される。よって触媒燃焼部本体50は、改質ガスを燃焼させて燃焼熱を用いてシフト部3(暖機対象物)を起動時に暖機するものである。暖機により、改質ガス中の一酸化炭素をシフト部3において低減させる反応を促進させる。   At startup, the reformed gas (fuel gas) generated by the reforming unit 2 is introduced into the warm-up inlet 5i of the catalytic combustion unit main body 50 of the catalytic combustion unit 5. Therefore, the catalytic combustion unit body 50 burns the reformed gas and warms up the shift unit 3 (warm-up target) using the combustion heat when starting up. By the warm-up, the reaction for reducing the carbon monoxide in the reformed gas in the shift unit 3 is promoted.

図3及び図4は上記した触媒燃焼部5の概念を示す。触媒燃焼部5は触媒燃焼機能を有するものであり、触媒燃焼させる触媒5c(例えばPt−Pd系)を有する。具体的には、触媒燃焼部5は、触媒5cを担持したセラミックス製の担体(例えばアルミナ)を備えた複数の触媒燃焼部本体50と、複数の改質ガス通路51と、改質ガス通路51を遮蔽する遮蔽部52とを有する。触媒燃焼部本体50は通気性を有しており、改質ガス(改質環流ガス)を燃焼させつつ透過させることができる。触媒5cを担持する担体はペレット状でも、モノリス状でも良い。前述したように、触媒燃焼は、燃料ガスと酸素とを酸化反応させる触媒であり、一般的には無炎燃焼であり(場合によっては有炎燃焼)、燃焼触媒を用いない通常の燃焼に比較して燃焼が安定していると共に燃焼温度が低い。   3 and 4 show the concept of the catalyst combustion unit 5 described above. The catalytic combustion unit 5 has a catalytic combustion function, and has a catalyst 5c (for example, Pt—Pd system) for catalytic combustion. Specifically, the catalyst combustion unit 5 includes a plurality of catalyst combustion unit main bodies 50 including a ceramic carrier (for example, alumina) carrying the catalyst 5c, a plurality of reformed gas passages 51, and a reformed gas passage 51. And a shielding part 52 that shields the light. The catalytic combustion unit main body 50 has air permeability and can permeate the reformed gas (reformed reflux gas) while burning it. The carrier supporting the catalyst 5c may be in the form of pellets or monolith. As described above, catalytic combustion is a catalyst that oxidizes fuel gas and oxygen, and is generally flameless combustion (in some cases, flammable combustion), compared to normal combustion that does not use a combustion catalyst. Combustion is stable and the combustion temperature is low.

図3に示すように、触媒燃焼部5の改質ガス通路51の一端部側の入口5sは改質部本体20に連通している。改質ガス通路51の他端部側の出口5eはシフト部3に連通している。従って、改質部本体20で生成された改質ガスは、触媒燃焼部5において、入口5s→改質ガス通路51→出口5eを通過し、シフト部3に向かう。図4に示すように、触媒燃焼部5において、触媒燃焼部本体50と改質ガス通路51とは互いに対面している。これにより改質ガス通路51を通過する高温の改質ガスにより、起動時における触媒燃焼部本体50の昇温速度は高められている。   As shown in FIG. 3, the inlet 5 s on one end side of the reformed gas passage 51 of the catalytic combustion unit 5 communicates with the reforming unit main body 20. The outlet 5 e on the other end side of the reformed gas passage 51 communicates with the shift unit 3. Therefore, the reformed gas generated in the reforming unit main body 20 passes through the inlet 5 s → the reformed gas passage 51 → the outlet 5 e in the catalytic combustion unit 5 and heads toward the shift unit 3. As shown in FIG. 4, in the catalytic combustion unit 5, the catalytic combustion unit main body 50 and the reformed gas passage 51 face each other. Thereby, the temperature increase rate of the catalytic combustion unit main body 50 at the time of start-up is increased by the high-temperature reformed gas passing through the reformed gas passage 51.

本実施例によれば、図1に示すように、改質部2と触媒燃焼部5との間に冷却部6が設けられている。冷却部6は、改質部2で改質された改質ガスが触媒燃焼部5に供給される前に高温の改質ガスを冷却するためのものである。ここで、図2に示すように、冷却部6は、改質部本体20で改質された改質ガスを触媒燃焼部5の改質ガス通路51に向けて供給するガス通路60と、改質部本体20に供給される前の改質原料(燃料系原料及び水系原料)を通過させる原料通路61を有する。この結果、ガス通路60を通過する改質ガスを冷却すると共に、原料通路61を通過する改質原料を加熱する。このため冷却部6は、改質部2に供給される前であり温度が相対的に低い改質原料と、改質部2から吐出された後であり温度が相対的に高い改質ガスとを熱交換させる熱交換部として機能することができる。   According to the present embodiment, as shown in FIG. 1, the cooling unit 6 is provided between the reforming unit 2 and the catalytic combustion unit 5. The cooling unit 6 is for cooling the high-temperature reformed gas before the reformed gas reformed in the reforming unit 2 is supplied to the catalytic combustion unit 5. Here, as shown in FIG. 2, the cooling unit 6 includes a gas passage 60 that supplies the reformed gas reformed by the reforming unit body 20 toward the reformed gas passage 51 of the catalytic combustion unit 5, and a modified gas passage 60. It has a raw material passage 61 through which the reformed raw material (fuel-based raw material and aqueous-based raw material) before being supplied to the mass body 20 is passed. As a result, the reformed gas passing through the gas passage 60 is cooled and the reformed raw material passing through the raw material passage 61 is heated. For this reason, the cooling unit 6 includes a reforming material having a relatively low temperature before being supplied to the reforming unit 2 and a reformed gas having a relatively high temperature after being discharged from the reforming unit 2. It can function as a heat exchanging part for exchanging heat.

図1を参照して配管系について更に説明を加える。燃料系原料を改質原料としてバーナ21または改質部本体20に供給する第1通路71が設けられている。第1通路71には、燃料系原料を搬送するポンプ等の搬送要素71m,71nが設けられている。更に、水系原料を改質原料として改質部本体20に供給する第2通路72が設けられている。第2通路72には水系原料を改質部2に搬送するポンプ等の搬送要素72mが設けられている。空気(酸素含有ガス)を第1バルブ81(第1開閉手段)を介して触媒燃焼部5の暖機用導入口5i側に供給する第3通路73が設けられている。第3通路73には空気を搬送するファン、コンプレッサ、ブロア、ポンプ等の搬送要素73mが設けられている。更に、空気をバーナ21に供給する空気通路76が第3通路73に連通するように設けられている。空気通路76には搬送要素73xが設けられている。空気をスタック1の酸化剤極11に供給する酸化剤通路11kが第3通路73に連通するように設けられている。酸化剤通路11kには搬送要素73wが設けられている。   The piping system will be further described with reference to FIG. A first passage 71 is provided for supplying the fuel-based material to the burner 21 or the reforming unit body 20 as a reforming material. The first passage 71 is provided with transport elements 71m and 71n such as a pump for transporting the fuel-based material. Furthermore, the 2nd channel | path 72 which supplies a water-system raw material to the reforming part main body 20 as a reforming raw material is provided. The second passage 72 is provided with a transport element 72m such as a pump for transporting the aqueous raw material to the reforming unit 2. A third passage 73 is provided for supplying air (oxygen-containing gas) to the warm-up inlet 5i side of the catalytic combustion unit 5 via the first valve 81 (first opening / closing means). The third passage 73 is provided with a transport element 73m such as a fan, a compressor, a blower, or a pump that transports air. Further, an air passage 76 for supplying air to the burner 21 is provided so as to communicate with the third passage 73. The air passage 76 is provided with a conveying element 73x. An oxidant passage 11 k for supplying air to the oxidant electrode 11 of the stack 1 is provided so as to communicate with the third passage 73. A transport element 73w is provided in the oxidant passage 11k.

図1に示すように、CO浄化用の空気を第2バルブ82(第2開閉手段)を介してCO浄化部4に供給する第4通路74が設けられている。シフト部3とCO浄化部4とを繋ぐ接続通路77が設けられている。CO浄化部4の出口4p側とスタック1の燃料極10の入口10i側とを第3バルブ83(第3開閉手段)及び凝縮器87’を介して繋ぐ第5通路75が設けられている。燃料電池のスタック1の燃料極10の出口10p側と改質部2のバーナ21とを繋ぐ第1リターン通路78が設けられている。第1リターン通路78には、第4バルブ84(第4開閉手段)、凝縮器87、第5バルブ85(第5開閉手段)が直列にスタック1からバーナ21に向かうにつれて順に設けられている。   As shown in FIG. 1, the 4th channel | path 74 which supplies the air for CO purification | cleaning to the CO purification | cleaning part 4 via the 2nd valve | bulb 82 (2nd opening-closing means) is provided. A connection passage 77 that connects the shift unit 3 and the CO purification unit 4 is provided. A fifth passage 75 is provided that connects the outlet 4p side of the CO purification unit 4 and the inlet 10i side of the fuel electrode 10 of the stack 1 via a third valve 83 (third opening / closing means) and a condenser 87 '. A first return passage 78 that connects the outlet 10p side of the fuel electrode 10 of the stack 1 of the fuel cell and the burner 21 of the reforming unit 2 is provided. In the first return passage 78, a fourth valve 84 (fourth opening / closing means), a condenser 87, and a fifth valve 85 (fifth opening / closing means) are provided in order from the stack 1 to the burner 21 in series.

図1に示すように、スタック1を迂回するように、CO浄化部4の出口4p側と凝縮器87の入口87i側とを迂回用のバルブ79vを介して繋ぐ第1迂回通路79が設けられている。更に、凝縮器87の出口87p側と触媒燃焼部5の暖機用導入口5i側とを第6バルブ86(第6開閉手段)を介して繋ぐ第2迂回通路80が設けられている。改質ガスを流す第2迂回通路80は、空気用を流す第3通路73と合流部80xで合流する。触媒燃焼部5の暖機用導出口5p側とバーナ21とを繋ぐ第2リターン通路70が設けられている。   As shown in FIG. 1, a first bypass passage 79 is provided to connect the outlet 4p side of the CO purification unit 4 and the inlet 87i side of the condenser 87 via a bypass valve 79v so as to bypass the stack 1. ing. Furthermore, a second bypass passage 80 is provided that connects the outlet 87p side of the condenser 87 and the warm-up inlet 5i side of the catalytic combustion unit 5 via a sixth valve 86 (sixth opening / closing means). The second detour passage 80 through which the reformed gas flows joins the third passage 73 through which air flows, at the junction 80x. A second return passage 70 is provided to connect the warm-up outlet 5p side of the catalyst combustion unit 5 and the burner 21.

更に、図2を参照して説明を加える。図2に示すように、改質部本体20は内側部20iと外側部20pと折り返し部20mとを有する。そして燃料電池システムの起動時、つまり、改質部2の起動時には、燃料系原料と燃焼用の空気とをバーナ21に供給しつつバーナ21を着火させ、燃料系原料を改質部2において燃焼させる。これにより改質部本体20及び蒸発部23が次第に加熱される。改質部2の熱はシフト部3及びCO浄化部4にゆっくりと伝達されるので、起動時には、シフト部3及びCO浄化部4はそれぞれの活性温度領域に長時間(例えば30〜90分)かかって到達する。なお、図2に示すように、水蒸気を生成する蒸発部23がCO浄化部4と燃焼帯22との間に介在しており、蒸発部23は水蒸気化のために多量の熱を消費するため、CO浄化部4、触媒4cの過熱は抑制される。   Further, a description will be added with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the reforming part main body 20 has an inner part 20i, an outer part 20p, and a folded part 20m. When the fuel cell system is activated, that is, when the reforming unit 2 is activated, the burner 21 is ignited while supplying the fuel system material and combustion air to the burner 21, and the fuel system material is combusted in the reforming unit 2. Let As a result, the reforming unit main body 20 and the evaporation unit 23 are gradually heated. Since heat of the reforming unit 2 is slowly transferred to the shift unit 3 and the CO purification unit 4, at the time of start-up, the shift unit 3 and the CO purification unit 4 are in the respective active temperature regions for a long time (for example, 30 to 90 minutes). Take it and get there. In addition, as shown in FIG. 2, the evaporation part 23 which produces | generates water vapor | steam is interposed between the CO purification | cleaning part 4 and the combustion zone 22, and the evaporation part 23 consumes a lot of heat for steaming. Further, overheating of the CO purification unit 4 and the catalyst 4c is suppressed.

このように改質部2が高温とされた状態で、燃料系原料と水系原料とが改質部本体20に供給される。この場合、水系原料は蒸発部23を通過するときに水蒸気化される。水蒸気と燃料系原料とは合流域71sで合流し、冷却部6の原料通路61を介して矢印B2,B3方向に流れ、改質部本体20の外側部20pに供給される。このように改質原料が冷却部6の原料通路61を通過するとき予熱される。   Thus, the fuel-based material and the water-based material are supplied to the reforming unit main body 20 in a state where the reforming unit 2 is at a high temperature. In this case, the water-based raw material is steamed when passing through the evaporator 23. The steam and the fuel-based raw material are merged in the merge area 71 s, flow in the directions of arrows B 2 and B 3 through the raw material passage 61 of the cooling unit 6, and are supplied to the outer portion 20 p of the reforming unit main body 20. In this way, the reforming raw material is preheated when passing through the raw material passage 61 of the cooling unit 6.

図2において、上記した改質原料は、改質部本体20の外側部20pに流入し、外側部20pにおいて矢印B4方向に進み、更に、改質部本体20の折り返し部20mにおいて矢印B5方向に折り返し、更に、改質部本体20の内側部20iを矢印B6方向に進む。このように改質原料が改質部本体20の内部を通過するときに水蒸気改質され、改質ガスが生成される。生成された改質ガスは冷却部6のガス通路60を矢印C1方向に進み、触媒燃焼部5の改質ガス通路51を経てシフト部3に至る。   In FIG. 2, the above-described reforming raw material flows into the outer portion 20p of the reforming portion main body 20, proceeds in the direction of arrow B4 at the outer portion 20p, and further in the direction of arrow B5 at the folded portion 20m of the reforming portion main body 20. Furthermore, the inner part 20i of the reforming part main body 20 is advanced in the direction of arrow B6. Thus, when the reforming raw material passes through the interior of the reforming unit main body 20, steam reforming is performed, and reformed gas is generated. The generated reformed gas travels in the direction of the arrow C <b> 1 through the gas passage 60 of the cooling unit 6, and reaches the shift unit 3 through the reformed gas passage 51 of the catalytic combustion unit 5.

ここで本実施例によれば、上記した式(1)に基づいて水蒸気改質が行われ、COを含む水素リッチな改質ガスが生成される。シフト部3においては、上記した式(2)のシフト反応に基づいて改質ガス中のCOが低減される。CO浄化部4においては、上記した式(3)に基づいて改質ガス中のCOが更に低減される。これによりスタック1での発電反応に適するように、改質ガス中のCOが低減される。   Here, according to the present embodiment, steam reforming is performed based on the above-described formula (1), and hydrogen-rich reformed gas containing CO is generated. In the shift unit 3, CO in the reformed gas is reduced based on the shift reaction of the above formula (2). In the CO purification unit 4, CO in the reformed gas is further reduced based on the above equation (3). Thereby, CO in the reformed gas is reduced so as to be suitable for the power generation reaction in the stack 1.

ところで、起動時においては、改質部本体20の温度が低く、改質部本体20で生成される改質ガスのCO濃度が高く、しかも、シフト部3の温度は低いためこれの活性温度領域には到達していない。故にシフト部3によるCO低減効果には限界があり、改質ガスをスタック1での発電に用いるには必ずしも充分ではない。そこで本実施例によれば、起動時においては、改質ガスをスタック1に供給することなく、スタック1を迂回させ、バーナ21に帰還させ、バーナ21で燃焼させる。即ち、図1に示すように、CO浄化部4を経た改質ガスを迂回用のバルブ79v、第1迂回通路79を介して凝縮器87の入口87iに供給し、凝縮器87において改質ガスを冷却させて、改質ガスに含まれている湿分を凝縮させて、改質ガスに含まれている湿分を低減させる。その後、開放している第5バルブ85及び第1リターン通路78を介してバーナ21に帰還させる。   By the way, at the time of startup, the temperature of the reforming unit main body 20 is low, the CO concentration of the reformed gas generated in the reforming unit main body 20 is high, and the temperature of the shift unit 3 is low. Has not reached. Therefore, the CO reduction effect by the shift unit 3 is limited, and it is not always sufficient to use the reformed gas for power generation in the stack 1. Therefore, according to this embodiment, at the time of start-up, the reformed gas is not supplied to the stack 1, but the stack 1 is bypassed, returned to the burner 21, and burned by the burner 21. That is, as shown in FIG. 1, the reformed gas that has passed through the CO purification unit 4 is supplied to the inlet 87i of the condenser 87 through the bypass valve 79v and the first bypass passage 79, and the reformed gas is supplied to the condenser 87. And the moisture contained in the reformed gas is condensed to reduce the moisture contained in the reformed gas. Thereafter, the gas is returned to the burner 21 through the opened fifth valve 85 and the first return passage 78.

さて本実施例によれば、起動時においては電気ヒータ59が発熱するため、シフト部3は早期に加熱され、シフト部3のシフト触媒3cがこれの活性温度領域に到達する時間が短縮される。起動時から定常運転に移行すれば、電気ヒータ59をオフとすることができる。   Now, according to the present embodiment, since the electric heater 59 generates heat at the time of startup, the shift unit 3 is heated early, and the time for the shift catalyst 3c of the shift unit 3 to reach its active temperature region is shortened. . The electric heater 59 can be turned off by shifting to the steady operation from the startup.

このようにシフト部3のシフト触媒3cがこれの活性温度領域に到達する時間が早くなるため、起動時において改質ガスはシフト部3により浄化され、CO濃度が早期に低減される。このように改質ガスの浄化が進行して、改質ガスのCO濃度が低減された(例えばモル%で0.01〜0.1%以下)後には、第6バルブ86を開放させる。この場合、第5バルブ85は閉鎖する。   As described above, since the time for the shift catalyst 3c of the shift unit 3 to reach the active temperature region thereof becomes early, the reformed gas is purified by the shift unit 3 at the time of start-up, and the CO concentration is reduced early. After the reforming of the reformed gas progresses in this way and the CO concentration of the reformed gas is reduced (for example, 0.01 to 0.1% or less in mol%), the sixth valve 86 is opened. In this case, the fifth valve 85 is closed.

そして、凝縮器87で湿分を低減させた改質ガスを、凝縮器87の出口87p、第6バルブ86、第2迂回通路80を経て触媒燃焼部5の暖機用導入口5iに導入する。このとき、第1バルブ81を開放させ、触媒燃焼用の空気を第1バルブ81を介して触媒燃焼部5の暖機用導入口5iに導入する。触媒燃焼部5の暖機用導入口5iに導入された改質ガス(低温燃焼性に優れる水素を主成分とする)は、触媒燃焼部5の暖機用導入口5iに導入された空気と共に、触媒燃焼部本体50の内部を矢印E1方向(図4参照)に通過し、触媒燃焼部本体50において触媒5cにより触媒燃焼される。このため、起動時において触媒燃焼部5によりシフト部3を昇温させることができる。シフト部3が昇温すれば、または、触媒燃焼部5の着火確認後は電気ヒータ59をオフとすることができる。   Then, the reformed gas whose moisture has been reduced by the condenser 87 is introduced into the warm-up inlet 5i of the catalytic combustion section 5 through the outlet 87p of the condenser 87, the sixth valve 86, and the second bypass passage 80. . At this time, the first valve 81 is opened, and air for catalytic combustion is introduced into the warm-up inlet 5 i of the catalytic combustion unit 5 through the first valve 81. The reformed gas introduced into the warm-up inlet 5i of the catalyst combustion unit 5 (mainly hydrogen having excellent low-temperature combustibility) is combined with the air introduced into the warm-up inlet 5i of the catalyst combustion unit 5. Then, it passes through the inside of the catalytic combustion section main body 50 in the direction of arrow E1 (see FIG. 4), and is catalytically burned by the catalyst 5c in the catalytic combustion section main body 50. For this reason, the temperature of the shift unit 3 can be raised by the catalytic combustion unit 5 during startup. If the temperature of the shift unit 3 rises, or after the ignition of the catalytic combustion unit 5 is confirmed, the electric heater 59 can be turned off.

触媒燃焼部5で触媒燃焼された後のオフガスは、触媒燃焼部5の暖機用導出口5pから下流に至り、第2リターン通路70、第1リターン通路78を経てバーナ21に戻される。このオフガスには燃焼成分として水素が含まれている可能性があるが、この燃焼成分はバーナ21で燃焼され、その後、排気される。   The off-gas after catalytic combustion in the catalytic combustion unit 5 reaches the downstream from the warm-up outlet 5p of the catalytic combustion unit 5 and returns to the burner 21 through the second return passage 70 and the first return passage 78. This off-gas may contain hydrogen as a combustion component, but this combustion component is burned by the burner 21 and then exhausted.

上記したように触媒燃焼部5を触媒燃焼で加熱する暖機運転時には、第3バルブ83、第4バルブ84は閉鎖されているものの、迂回用のバルブ79v、第1バルブ81、第6バルブ86は開放されている。なお、上記したように暖機運転時には、一般的には第2バルブ82を閉鎖しておくが、必要に応じて第2バルブ82を開放し、空気をCO浄化部4に供給しても良い。   As described above, during the warm-up operation in which the catalytic combustion unit 5 is heated by catalytic combustion, the third valve 83 and the fourth valve 84 are closed, but the bypass valve 79v, the first valve 81, and the sixth valve 86 are closed. Is open. As described above, during the warm-up operation, the second valve 82 is generally closed, but the second valve 82 may be opened and air may be supplied to the CO purification unit 4 as necessary. .

起動時から所定時間が経過すれば、改質部本体20が加熱され、シフト部3の少なくとも一部が加熱され、シフト部3におけるCO低減効果がかなり向上するため、暖機運転から定常運転に移行することができる。定常運転では、第3バルブ83、第4バルブ84、第5バルブ85、第2バルブ82を開放すると共に、迂回用のバルブ79v、第6バルブ86、第1バルブ81を閉鎖する。これにより第1迂回通路79、第2迂回通路80を遮断する。このため定常運転時においては、改質部本体20で水蒸気改質された改質ガスは、冷却部6、触媒燃焼部5の改質ガス通路51、シフト部3、接続通路77、CO浄化部4、第3バルブ83、第5通路75を順に経て、スタック1の燃料極10の入口10iに供給される。更に、定常運転では酸化剤ガスである空気が酸化剤通路11kのバルブ11vを介してスタック1の酸化剤極11に供給される。これによりスタック1において発電反応が発生し、電気エネルギが生成される。発電に使用された改質ガスのオフガスは、スタック1の燃料極10の出口10p側から、第1リターン通路78、凝縮器87、第5バルブ85を経てバーナ21に供給される。発電に使用された改質ガスのオフガスには燃焼成分として水素が含まれ得るため、この燃焼成分はバーナ21で燃焼された後、排気される。   When the predetermined time has elapsed since the start-up, the reforming unit main body 20 is heated, and at least a part of the shift unit 3 is heated, and the CO reduction effect in the shift unit 3 is considerably improved. Can be migrated. In the steady operation, the third valve 83, the fourth valve 84, the fifth valve 85, and the second valve 82 are opened, and the bypass valve 79v, the sixth valve 86, and the first valve 81 are closed. As a result, the first bypass passage 79 and the second bypass passage 80 are blocked. Therefore, during steady operation, the reformed gas steam-reformed by the reforming unit main body 20 is supplied to the cooling unit 6, the reformed gas passage 51 of the catalytic combustion unit 5, the shift unit 3, the connection passage 77, and the CO purification unit. 4, the third valve 83, and the fifth passage 75 in order, and supplied to the inlet 10 i of the fuel electrode 10 of the stack 1. Furthermore, in steady operation, air, which is an oxidant gas, is supplied to the oxidant electrode 11 of the stack 1 via the valve 11v of the oxidant passage 11k. As a result, a power generation reaction occurs in the stack 1 and electric energy is generated. The off-gas of the reformed gas used for power generation is supplied from the outlet 10p side of the fuel electrode 10 of the stack 1 to the burner 21 through the first return passage 78, the condenser 87, and the fifth valve 85. Since the off-gas of the reformed gas used for power generation can contain hydrogen as a combustion component, the combustion component is burned by the burner 21 and then exhausted.

本実施例によれば、昇温した触媒燃焼部5の熱を、触媒燃焼部5よりも下流に位置するシフト部3およびCO浄化部4に効果的に伝達させることができる。この結果、起動時においても、シフト部3およびCO浄化部4の昇温速度を早め、シフト部3およびCO浄化部4をこれらの触媒3c,4cの活性温度領域に早期に到達させることができ、改質ガスの浄化効率を早期に高めることができる。   According to the present embodiment, the heated heat of the catalytic combustion unit 5 can be effectively transmitted to the shift unit 3 and the CO purification unit 4 located downstream of the catalytic combustion unit 5. As a result, even at the time of start-up, the temperature increase rate of the shift unit 3 and the CO purification unit 4 can be increased, and the shift unit 3 and the CO purification unit 4 can reach the active temperature region of these catalysts 3c and 4c at an early stage. The purification efficiency of the reformed gas can be increased early.

また、上記したように触媒燃焼部5を昇温させるときにおいて、触媒燃焼部5の暖機用導入口5iに供給される改質ガスは湿分を有することが多い。改質ガスは水蒸気改質を経ているためである。このため 改質ガスは飽和蒸気圧相当の湿分を有する可能性がある。更に、凝縮器87から触媒燃焼部5に向かう第2迂回通路80において改質ガスが冷却されるため、触媒燃焼部5の暖機用導入口5iに供給される改質ガスには湿分が水滴として含まれていることがある。   In addition, when the temperature of the catalytic combustion unit 5 is raised as described above, the reformed gas supplied to the warm-up inlet 5i of the catalytic combustion unit 5 often has moisture. This is because the reformed gas has undergone steam reforming. For this reason, the reformed gas may have moisture equivalent to the saturated vapor pressure. Further, since the reformed gas is cooled in the second bypass passage 80 from the condenser 87 toward the catalyst combustion unit 5, the reformed gas supplied to the warm-up inlet 5 i of the catalyst combustion unit 5 has moisture. May be included as water droplets.

そこで本実施例によれば、図3及び図4に示すように、触媒燃焼部5において触媒燃焼部本体50の暖機用導入口5i側には、第1ガス接触部材9が設けられている。ここで、触媒燃焼部本体50の暖機用導入口5iは、起動時において改質ガスが第1ガス接触部材9(湿分低減手段)を介して流れる流路のうち、触媒燃焼部本体50よりも上流に位置している。また触媒燃焼部本体50の暖機用導出口5pは、起動時において改質ガスが第1ガス接触部材9(湿分低減手段)を介して流れる流路のうち、触媒燃焼部本体50よりも下流に位置している。   Therefore, according to the present embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, the first gas contact member 9 is provided on the warm-up inlet 5 i side of the catalytic combustion unit main body 50 in the catalytic combustion unit 5. . Here, the warm-up inlet 5i of the catalytic combustion unit main body 50 includes the catalytic combustion unit main body 50 among the flow paths through which the reformed gas flows through the first gas contact member 9 (moisture reduction means) during startup. It is located upstream. Further, the warm-up outlet 5p of the catalyst combustion unit main body 50 is more than the catalyst combustion unit main body 50 in the flow path in which the reformed gas flows through the first gas contact member 9 (moisture reduction means) at the time of startup. Located downstream.

図3および図4に示すように、第1ガス接触部材9は、暖機運転時において、触媒燃焼部5の触媒燃焼部本体50に供給される改質ガスが衝突して接触する接触部90をもつ邪魔板機能を奏するように板状をなしている。第1ガス接触部材9は、凝縮器87の出口87pから第2迂回通路80を経て供給された改質ガスが流れる通路部分80aに対向している。具体的には、図4に示すように、第1ガス接触部材9は、第2迂回通路80のうち触媒燃焼部5の暖機用導入口5iに繋がる通路部分80aの軸線P1に対して交差する方向に指向している。つまり、第1ガス接触部材9は第2迂回通路80のうち触媒燃焼部5に繋がる通路部分80aの軸線P1に対して直交する方向に指向している。   As shown in FIGS. 3 and 4, the first gas contact member 9 has a contact portion 90 that contacts with the reformed gas supplied to the catalytic combustion portion main body 50 of the catalytic combustion portion 5 during the warm-up operation. It has a plate shape so as to perform a baffle plate function. The first gas contact member 9 faces the passage portion 80a through which the reformed gas supplied from the outlet 87p of the condenser 87 via the second bypass passage 80 flows. Specifically, as shown in FIG. 4, the first gas contact member 9 intersects the axis P <b> 1 of the passage portion 80 a connected to the warm-up introduction port 5 i of the catalytic combustion unit 5 in the second bypass passage 80. Oriented to the direction. That is, the first gas contact member 9 is oriented in the direction orthogonal to the axis P1 of the passage portion 80a connected to the catalytic combustion unit 5 in the second bypass passage 80.

従って、上記したように改質装置の起動時において、つまり、触媒燃焼部5を昇温させる暖機運転時において、改質ガスが触媒燃焼部5の暖機用導入口5iに導入するとき、その改質ガスは第1ガス接触部材9の接触部90に衝突する。従って、改質ガスに含まれている湿分(水蒸気、水滴等)は、第1ガス接触部材9の接触部90に捕獲され、改質ガスから除去される。殊に本実施例によれば、改質ガスが第1ガス接触部材9の接触部90に衝突する衝突角度θ1及びθ2は90度または90度に近いため、衝突性が高く、改質ガスに含まれている水滴の捕獲に有利である。改質ガスが飽和状態の水蒸気を含むときには、衝突時の衝撃により液化が進行しやすい。本実施例では、第1ガス接触部材9は、起動時において改質ガスの湿分が触媒燃焼部5の触媒燃焼部本体50に付着することを抑制する湿分抑制手段として機能することができる。   Therefore, when the reformed gas is introduced into the warm-up inlet 5i of the catalyst combustion unit 5 at the time of starting the reformer, that is, during the warm-up operation for raising the temperature of the catalyst combustion unit 5 as described above, The reformed gas collides with the contact portion 90 of the first gas contact member 9. Therefore, moisture (water vapor, water droplets, etc.) contained in the reformed gas is captured by the contact portion 90 of the first gas contact member 9 and removed from the reformed gas. In particular, according to the present embodiment, the collision angles θ1 and θ2 at which the reformed gas collides with the contact portion 90 of the first gas contact member 9 are close to 90 degrees or 90 degrees, so that the collision property is high and It is advantageous for capturing the contained water droplets. When the reformed gas contains saturated water vapor, liquefaction tends to proceed due to impact during collision. In the present embodiment, the first gas contact member 9 can function as a moisture suppression unit that suppresses the moisture of the reformed gas from adhering to the catalytic combustion unit body 50 of the catalytic combustion unit 5 at the time of startup. .

このような本実施例によれば、起動時に、改質ガスに含まれている湿分(水蒸気、水滴等)が触媒燃焼部5の触媒燃焼部本体50、殊に、触媒燃焼部本体50の構成要素である触媒5cの反応サイトに付着することは抑制される。故に、起動時において、触媒燃焼を行う触媒燃焼部本体50における着火性、燃焼性、昇温性を一層高めることができる。つまり、触媒燃焼部本体50による触媒燃焼を早期に立ち上げ、触媒燃焼部本体50を早期に昇温させることができる。ひいてはシフト部3を早期に昇温させて立ち上げることができる。更に第1ガス接触部材9は、触媒燃焼部5において複数の改質ガス通路51に改質ガスを分散させる機能も奏する。   According to the present embodiment, moisture (steam, water droplets, etc.) contained in the reformed gas at the time of start-up causes the catalytic combustion unit main body 50 of the catalytic combustion unit 5, particularly the catalytic combustion unit main body 50. Adhesion to the reaction site of the catalyst 5c as a constituent element is suppressed. Therefore, at the time of start-up, the ignitability, the combustibility, and the temperature rise in the catalytic combustion unit body 50 that performs catalytic combustion can be further enhanced. That is, the catalyst combustion by the catalyst combustion part main body 50 can be started up early, and the catalyst combustion part main body 50 can be heated up early. As a result, the shift part 3 can be raised by raising the temperature early. Further, the first gas contact member 9 also has a function of dispersing the reformed gas in the plurality of reformed gas passages 51 in the catalytic combustion unit 5.

更に本実施例によれば、図3に示すように、触媒燃焼部5の触媒燃焼部本体50の上流である暖機用導入口5i側には、上流側湿分貯留部53が設けられている。上流側湿分貯留部53は、触媒燃焼部本体50に供給される改質ガスから捕獲した湿分を貯留する空間53rをもつ。上流側湿分貯留部53の底面53dには第1ガス接触部材9が立設されている。上流側湿分貯留部53の底面53dは、触媒燃焼部本体50の底面50dよりも低い位置に設定されている。従って、第1ガス接触部材9の接触部90に付着した湿分が水滴として流下したとしても、上流側湿分貯留部53の底面53dに溜まるものの、触媒燃焼部本体50に進入することは抑えられる。この意味においても、触媒燃焼部本体50を早期に昇温させて、触媒燃焼部本体50による暖機作用を早期に立ち上げることができ、シフト部3を早期に昇温させて立ち上げることができる。   Furthermore, according to the present embodiment, as shown in FIG. 3, an upstream moisture storage portion 53 is provided on the warm-up inlet 5 i side upstream of the catalytic combustion portion main body 50 of the catalytic combustion portion 5. Yes. The upstream moisture storage unit 53 has a space 53r that stores moisture captured from the reformed gas supplied to the catalytic combustion unit main body 50. A first gas contact member 9 is erected on the bottom surface 53 d of the upstream moisture storage portion 53. The bottom surface 53 d of the upstream moisture storage unit 53 is set at a position lower than the bottom surface 50 d of the catalytic combustion unit main body 50. Therefore, even if the moisture adhering to the contact portion 90 of the first gas contact member 9 flows down as water droplets, the moisture stays on the bottom surface 53d of the upstream moisture storage portion 53, but does not enter the catalytic combustion portion main body 50. It is done. Also in this sense, it is possible to quickly raise the temperature of the catalytic combustion unit main body 50 to quickly start up the warming-up action by the catalytic combustion unit main body 50, and to raise the temperature of the shift unit 3 early to start up. it can.

また第2リターン通路70で凝縮した水滴が流下して触媒燃焼部5の下流側に進入するおそれがある。この点について本実施例によれば、図3に示すように、触媒燃焼部5の触媒燃焼部本体50の下流側である暖機用導出口5p側には、湿分を貯留する空間55rをもつ下流側湿分貯留部55が設けられている。下流側湿分貯留部55の底面55dは、触媒燃焼部本体50の底面50dよりも低い位置に設定されている。このため下流側湿分貯留部55に湿分が液体として貯留されたとしても、その湿分が触媒燃焼部本体50に進入することを抑えることができる。この意味においても、触媒燃焼部本体50を早期に昇温させて、触媒燃焼部本体50による暖機作用を早期に立ち上げることができ、シフト部3を早期に昇温させて立ち上げることができる。   In addition, water droplets condensed in the second return passage 70 may flow down and enter the downstream side of the catalytic combustion unit 5. In this regard, according to the present embodiment, as shown in FIG. 3, a space 55 r for storing moisture is provided on the warm-up outlet 5 p side, which is the downstream side of the catalytic combustion unit main body 50 of the catalytic combustion unit 5. A downstream moisture reservoir 55 is provided. The bottom surface 55 d of the downstream moisture storage unit 55 is set at a position lower than the bottom surface 50 d of the catalytic combustion unit main body 50. For this reason, even if moisture is stored as a liquid in the downstream moisture storage section 55, it is possible to prevent the moisture from entering the catalytic combustion section main body 50. Also in this sense, it is possible to quickly raise the temperature of the catalytic combustion unit main body 50 to quickly start up the warming-up action by the catalytic combustion unit main body 50, and to raise the temperature of the shift unit 3 early to start up. it can.

なお、湿分が上流側湿分貯留部53の底面53d、下流側湿分貯留部55の底面55dに液体として溜まるとしても、多量ではない。起動時から燃料電池発電システムの定常運転に移行すれば、触媒燃焼部5の上流側湿分貯留部53及び下流側湿分貯留部55は、かなり昇温される。例えば100〜300℃程度に昇温される。このため、起動時に上流側湿分貯留部53の底面53d、下流側湿分貯留部55の底面55dに湿分が溜まったとしても、その湿分は、定常運転時において蒸気化して消失する。故に、湿分が触媒燃焼部本体50に進入することを抑えるのに一層有利となる。   In addition, even if moisture accumulates as a liquid in the bottom face 53d of the upstream moisture storage part 53 and the bottom face 55d of the downstream moisture storage part 55, it is not a lot. If the fuel cell power generation system is shifted from the start-up to the steady operation, the upstream moisture storage unit 53 and the downstream moisture storage unit 55 of the catalyst combustion unit 5 are considerably heated. For example, the temperature is raised to about 100 to 300 ° C. For this reason, even if moisture accumulates on the bottom surface 53d of the upstream moisture storage unit 53 and the bottom surface 55d of the downstream moisture storage unit 55 at the time of activation, the moisture is vaporized and disappears during steady operation. Therefore, it becomes more advantageous to suppress moisture from entering the catalytic combustion unit main body 50.

図3及び図4に示すように、触媒燃焼部本体50の下流に設けられている下流側湿分貯留部55には板状の第2ガス接触部材95が立設されている。第2ガス接触部材95は、第2リターン通路70から流下した水が触媒燃焼部本体50に進入することを抑制する。   As shown in FIGS. 3 and 4, a plate-like second gas contact member 95 is erected in the downstream moisture reservoir 55 provided downstream of the catalytic combustion unit main body 50. The second gas contact member 95 suppresses the water flowing down from the second return passage 70 from entering the catalytic combustion unit main body 50.

ところで、図5は可燃限界と断熱火炎温度との関係を示すグラフを示す。断熱火炎温度は、燃料ガスである改質ガスを断熱状態で完全燃焼させたときにおける火炎の理論温度である。図5の横軸は改質原料としての原料ガス(天然ガス13A)が改質部2に単位時間当たり供給される流量を示す。図5の一方の縦軸は改質ガスの断熱火炎温度を示す。図5の他方の縦軸は可燃限界において単位時間当たり供給される空気流量を示す。ここで、可燃範囲は、酸化燃焼による火炎が伝播して持続できる条件の範囲をいう。可燃限界は可燃範囲の限界をいう。図5の特性線W1は、可燃限界において単位時間当たり供給される空気流量を示す。図5において特性線W1よりも上の領域は、火炎の伝搬が持続する可燃範囲に相当する。特性線W1よりも下の領域は可燃範囲外に相当する。特性線S1〜S6は、触媒燃焼部5に導入される温度に対応する空気流量(飽和蒸気)を示す。またTCは触媒燃焼部本体50の触媒5cの耐熱温度を示し、本実施例では750℃に設定されている。なお触媒の耐熱温度は、触媒の劣化を抑えつつ常用される温度の上限をいう。   FIG. 5 is a graph showing the relationship between the flammability limit and the adiabatic flame temperature. The adiabatic flame temperature is the theoretical temperature of the flame when the reformed gas, which is a fuel gas, is completely burned in an adiabatic state. The horizontal axis of FIG. 5 shows the flow rate at which the raw material gas (natural gas 13A) as the reforming raw material is supplied to the reforming unit 2 per unit time. One vertical axis in FIG. 5 represents the adiabatic flame temperature of the reformed gas. The other vertical axis | shaft of FIG. 5 shows the air flow rate supplied per unit time in a combustible limit. Here, the flammable range refers to a range of conditions in which a flame due to oxidation combustion can propagate and be sustained. The flammable limit is the limit of the flammable range. A characteristic line W1 in FIG. 5 indicates the flow rate of air supplied per unit time at the flammability limit. In FIG. 5, the region above the characteristic line W1 corresponds to a combustible range in which the flame propagation continues. The region below the characteristic line W1 corresponds to outside the combustible range. Characteristic lines S <b> 1 to S <b> 6 indicate the air flow rate (saturated steam) corresponding to the temperature introduced into the catalytic combustion unit 5. Further, TC indicates the heat resistant temperature of the catalyst 5c of the catalytic combustion unit main body 50, and is set to 750 ° C. in this embodiment. In addition, the heat-resistant temperature of a catalyst means the upper limit of the temperature normally used, suppressing deterioration of a catalyst.

本実施例では、触媒燃焼部5における触媒燃焼を制御する触媒燃焼制御部100が設けられている。触媒燃焼制御部100により触媒燃焼部5の触媒燃焼本体部50に対する着火制御が実行される。着火制御によれば、触媒燃焼部5の燃焼開始時において、燃料ガスと空気とが火炎を生成しつつ燃焼する可燃範囲から外れる領域となるように、開放状態の第1バルブ81から空気を、開放状態の第6バルブ86から改質ガスを触媒燃焼部5の暖機用導入口5iに導入し、この結果、領域K1内の条件において触媒燃焼部本体50を着火させる。ここで、領域K1は、改質ガスが燃焼しても火炎が発生しない無炎領域に相当ものであり、触媒5cの耐熱温度を示す特性線W1よりも下方の領域に相当する。領域K1は線K2〜K6で区画されている。触媒燃焼の燃焼性は良好であるため、可燃範囲から外れる領域K1であっても、触媒燃焼部5の触媒燃焼部本体50を着火させることができる。   In this embodiment, a catalytic combustion control unit 100 that controls catalytic combustion in the catalytic combustion unit 5 is provided. The catalyst combustion control unit 100 performs ignition control on the catalyst combustion main body 50 of the catalyst combustion unit 5. According to the ignition control, at the start of combustion of the catalytic combustion unit 5, the air is released from the first valve 81 in the open state so that the fuel gas and the air are out of the combustible range where the combustion occurs while generating the flame. The reformed gas is introduced from the opened sixth valve 86 into the warm-up inlet 5i of the catalytic combustion unit 5, and as a result, the catalytic combustion unit main body 50 is ignited under the conditions in the region K1. Here, the region K1 corresponds to a flameless region where no flame is generated even when the reformed gas burns, and corresponds to a region below the characteristic line W1 indicating the heat resistant temperature of the catalyst 5c. The region K1 is partitioned by lines K2 to K6. Since the combustibility of the catalytic combustion is good, the catalytic combustion part main body 50 of the catalytic combustion part 5 can be ignited even in the region K1 outside the combustible range.

本実施例によれば、触媒燃焼部本体50が着火したと判定された後に、触媒燃焼制御部100は、触媒燃焼部5の暖機用導入口5iに供給する単位時間当たりの空気量を、着火操作時よりも増加させる増量操作を実行する。この場合、当該空気量を、可燃範囲限を示す特性線W1を越えて可燃範囲内となるようにしても良いし、しなくても良い。ここで、触媒燃焼部本体50の着火の判定としては、触媒燃焼部本体50の温度が着火操作前の温度T1よりもΔTa(例えば80℃)以上昇温したら、触媒燃焼部本体50が着火したと判定することができる。ΔTaは改質ガスの基本組成、触媒5c等の種類に応じて適宜設定できる。   According to this embodiment, after it is determined that the catalytic combustion unit main body 50 has ignited, the catalytic combustion control unit 100 determines the amount of air per unit time supplied to the warm-up inlet 5i of the catalytic combustion unit 5 as follows: An increase operation is performed to increase the ignition operation. In this case, the air amount may or may not be within the combustible range beyond the characteristic line W1 indicating the combustible range limit. Here, as the determination of the ignition of the catalytic combustion unit main body 50, when the temperature of the catalytic combustion unit main body 50 is increased by ΔTa (for example, 80 ° C.) or more than the temperature T1 before the ignition operation, the catalytic combustion unit main body 50 is ignited. Can be determined. ΔTa can be appropriately set according to the basic composition of the reformed gas, the type of the catalyst 5c, and the like.

上記した増量操作時には、第6バルブ86の開度は一定であり、触媒燃焼部5の暖機用導入口5iに供給する燃料ガスの単位時間当たりの流量は、基本的には変化しない。例えば、図5の部位R1で着火し、図5の矢印M1方向に向けて空気を増量させ、部位R2とする。また図5の部位R3で着火し、図5の矢印M2方向に向けて空気を増量させ、部位R4とする。   During the increase operation described above, the opening degree of the sixth valve 86 is constant, and the flow rate per unit time of the fuel gas supplied to the warm-up inlet 5i of the catalytic combustion unit 5 does not basically change. For example, ignition is performed at the site R1 in FIG. 5, and the amount of air is increased in the direction of the arrow M1 in FIG. Further, ignition is performed at the site R3 in FIG. 5, and the amount of air is increased in the direction of the arrow M2 in FIG.

上記した増量操作においては、触媒燃焼部5の触媒燃焼部本体50の温度が、触媒燃焼部本体50に担持されている触媒5cの耐熱温度TCを越えないように、あるいは、触媒5cの耐熱温度TCを一時的に越えることがあるとしても、越える頻度が過剰になり過ぎないように設定されている。この結果、触媒燃焼部本体50に担持されている触媒5cの熱劣化が抑制されるため、触媒5cの長寿命化に有利である。   In the above increase operation, the temperature of the catalyst combustion unit body 50 of the catalyst combustion unit 5 does not exceed the heat resistance temperature TC of the catalyst 5c carried on the catalyst combustion unit body 50, or the heat resistance temperature of the catalyst 5c. Even if the TC may be temporarily exceeded, the frequency of the TC is set not to be excessive. As a result, the thermal deterioration of the catalyst 5c carried on the catalytic combustion unit main body 50 is suppressed, which is advantageous for extending the life of the catalyst 5c.

上記したように本実施例によれば、改質ガスに含まれている可燃成分と空気との比である空燃比が変動するときであっても、あるいは、触媒5cの温度が低い、燃料ガスにCOガスが存在しているときであっても、更には水蒸気及び水滴などの湿分が存在しているとき等であっても、触媒燃焼部本体50の着火を良好に行うことができる。故に着火時において、触媒燃焼部5よりも下流配管で火炎が発生するといったことを回避でき、触媒燃焼部5の触媒燃焼部本体50の燃焼の制御に容易となる。更に、着火した後、空気を増加させて触媒燃焼部5の触媒燃焼部本体50の燃焼を良好に行うことができるため、触媒燃焼部5における発熱量を確保するのに有利となる。   As described above, according to this embodiment, even when the air-fuel ratio, which is the ratio between the combustible component contained in the reformed gas and air, fluctuates, or when the temperature of the catalyst 5c is low, the fuel gas Even when CO gas is present in the gas, and even when moisture such as water vapor and water droplets is present, the catalytic combustion unit body 50 can be ignited satisfactorily. Therefore, at the time of ignition, it is possible to avoid the occurrence of a flame in the downstream pipe from the catalyst combustion unit 5, and it becomes easy to control the combustion of the catalyst combustion unit main body 50 of the catalyst combustion unit 5. Furthermore, after ignition, the air can be increased and combustion of the catalytic combustion unit body 50 of the catalytic combustion unit 5 can be performed satisfactorily, which is advantageous in securing the amount of heat generated in the catalytic combustion unit 5.

図6は触媒燃焼制御部100が実行する制御のフローチャートの一例を示す。制御はこのフローチャートに限定されるものではない。まず、改質原料である燃料系原料、水系原料を改質部2に搬入する(ステップS102)。これにより改質部2により改質ガスが生成される。更に電気ヒータ59を所定時間オンしてシフト部3を加熱する(ステップS103)。これによりシフト部3の少なくとも一部は早期に活性温度領域に到達でき、シフト部3によるCO浄化能を高めることができ、改質ガスのCO濃度を低減させる。このようにCO濃度を低減させた改質ガスが触媒燃焼部5の改質ガス通路51を通過するため、触媒5cの反応サイトにCOが吸着することが抑制される。なお電気ヒータ59は所定時間経過すれば、オフとされる。   FIG. 6 shows an example of a flowchart of control executed by the catalytic combustion control unit 100. Control is not limited to this flowchart. First, a fuel-based material and a water-based material that are reforming materials are carried into the reforming unit 2 (step S102). Thereby, reformed gas is generated by the reforming unit 2. Further, the electric heater 59 is turned on for a predetermined time to heat the shift unit 3 (step S103). Thereby, at least a part of the shift unit 3 can reach the activation temperature region at an early stage, the CO purification ability of the shift unit 3 can be increased, and the CO concentration of the reformed gas is reduced. Thus, the reformed gas having a reduced CO concentration passes through the reformed gas passage 51 of the catalyst combustion unit 5, so that the adsorption of CO to the reaction site of the catalyst 5 c is suppressed. The electric heater 59 is turned off when a predetermined time has elapsed.

次に、触媒燃焼部本体50の触媒5cの温度が第1設定温度T1(T1:例えば90℃)以上か否か判定する(ステップS104)。なお触媒5cが低温すぎるときには、改質ガスのCO濃度が低減されているといえども、燃焼触媒の着火は起こりにくい。このため、触媒燃焼部本体50の触媒5cの温度が第1設定温度T1に到達していなければ、温度が低すぎるため、第1設定温度T1に到達するまで待機する(ステップS104)。従って、ステップS104は、触媒燃焼部本体50の触媒5cの温度が着火に適する温度であるか否かを判定する着火適温判定手段を構成する。   Next, it is determined whether or not the temperature of the catalyst 5c of the catalytic combustion unit body 50 is equal to or higher than a first set temperature T1 (T1: for example, 90 ° C.) (step S104). When the catalyst 5c is too low, ignition of the combustion catalyst hardly occurs even though the CO concentration of the reformed gas is reduced. For this reason, if the temperature of the catalyst 5c of the catalytic combustion unit main body 50 has not reached the first set temperature T1, the temperature is too low, and the apparatus waits until it reaches the first set temperature T1 (step S104). Accordingly, step S104 constitutes an appropriate ignition temperature determining means for determining whether or not the temperature of the catalyst 5c of the catalytic combustion unit body 50 is an appropriate temperature for ignition.

触媒燃焼部本体50の触媒5cの温度が第1設定温度T1以上であれば、第6バルブ86を開放させ、改質ガスを第2迂回通路80を介して触媒燃焼部5の暖機用導入口5iに供給する(ステップS106)。一定時間経過した後(ステップS108)、第1バルブ81を開放させ、空気を触媒燃焼部5の暖機用導入口5iに供給し(ステップS110)、触媒燃焼部5を着火させる着火操作を行う。このように着火時において、空気量は通常の可燃範囲よりも少ないものであるが、前記したようにシフト部3の少なくとも一部が電気ヒータ59により加熱されて早期に活性化されており、改質ガスのCO濃度がかなり低減されており、更に、改質ガスは水素を主成分とするため、触媒燃焼部5における着火性は確保される。   If the temperature of the catalyst 5c of the catalytic combustion unit body 50 is equal to or higher than the first set temperature T1, the sixth valve 86 is opened, and the reformed gas is introduced into the catalytic combustion unit 5 for warm-up via the second bypass passage 80. Supply to the mouth 5i (step S106). After a predetermined time has elapsed (step S108), the first valve 81 is opened, air is supplied to the warm-up inlet 5i of the catalytic combustion unit 5 (step S110), and an ignition operation for igniting the catalytic combustion unit 5 is performed. . Thus, at the time of ignition, the amount of air is less than the normal combustible range, but as described above, at least a part of the shift unit 3 is heated by the electric heater 59 and activated early, and the reforming is performed. Since the CO concentration of the quality gas is considerably reduced and the reformed gas is mainly composed of hydrogen, the ignitability in the catalytic combustion section 5 is ensured.

なお、改質ガスを暖機用導入口5iに供給した後に、暖機用導入口5iに空気を供給するのは、無用な着火防止のためである。従って、ステップ106,S108,S110は、燃料ガスを空気よりも優先して触媒燃焼部5に供給する燃料ガス優先手段を構成する。   The reason why the air is supplied to the warm-up inlet 5i after the reformed gas is supplied to the warm-up inlet 5i is to prevent unnecessary ignition. Accordingly, steps 106, S108, and S110 constitute fuel gas priority means for supplying fuel gas to the catalytic combustion unit 5 with priority over air.

そして、シフト部3の測温場所が第2設定温度T2(T2:例えば170℃)以下であるか否か判定する(ステップS112)。第2設定温度T2以上であれば、シフト部3の活性化が充分であり、シフト部3の暖機が必要でないと判定されるため、メインルーチンにリターンする。シフト部3の測温場所が第2設定温度T2未満であれば、シフト部3の活性化が充分ではなく、シフト部3を暖機させる必要があり、ひいては触媒燃焼部5の昇温が必要であると判定される。従ってステップS112は、触媒燃焼部5を昇温させてシフト部3を暖機させる必要性があるか否かを判定する暖機必要性判定手段を構成する。   And it is determined whether the temperature measurement place of the shift part 3 is below 2nd setting temperature T2 (T2: 170 degreeC, for example) (step S112). If the temperature is equal to or higher than the second set temperature T2, it is determined that the shift unit 3 is sufficiently activated and the shift unit 3 does not need to be warmed up, and the process returns to the main routine. If the temperature measurement location of the shift unit 3 is lower than the second set temperature T2, the shift unit 3 is not sufficiently activated, and the shift unit 3 needs to be warmed up, and consequently the catalyst combustion unit 5 needs to be heated. It is determined that Therefore, step S112 constitutes a warm-up necessity determination unit that determines whether or not there is a need to warm up the shift unit 3 by raising the temperature of the catalytic combustion unit 5.

そして、触媒燃焼部5の触媒燃焼部本体50の触媒5cの温度が第1設定温度T1よりもΔTa(ΔTa:例えば80℃)上昇したか否か判定する(ステップS114)。第1設定温度T1よりもΔTa上昇していれば、触媒燃焼部5の触媒燃焼部本体50の触媒5cが着火したと判定し、着火判定信号を出力する(ステップS116)。従ってステップS114は、触媒燃焼部5の触媒燃焼部本体50における着火の有無を判定する着火判定手段を構成する。その後、第1バルブ81の開放度を増加するか、搬送要素73mの空気搬送量を増加させることにより、触媒燃焼部5の暖機用導入口5iに供給する単位時間当たりの空気の流量を増加させ(ステップS118)、増量操作を行う。これにより触媒燃焼部5における触媒燃焼性が進み、発熱量が確保され、触媒燃焼部5がシフト部3を暖機する暖機性能が確保される。   Then, it is determined whether or not the temperature of the catalyst 5c of the catalyst combustion unit main body 50 of the catalyst combustion unit 5 has increased by ΔTa (ΔTa: for example, 80 ° C.) from the first set temperature T1 (step S114). If ΔTa is higher than the first set temperature T1, it is determined that the catalyst 5c of the catalytic combustion unit body 50 of the catalytic combustion unit 5 has ignited, and an ignition determination signal is output (step S116). Accordingly, step S114 constitutes an ignition determination means for determining whether or not the catalyst combustion unit body 50 of the catalyst combustion unit 5 is ignited. Thereafter, by increasing the degree of opening of the first valve 81 or increasing the amount of air transported by the transport element 73m, the flow rate of air per unit time supplied to the warm-up inlet 5i of the catalytic combustion unit 5 is increased. (Step S118) and an increase operation is performed. As a result, the catalytic combustibility in the catalytic combustion section 5 is advanced, a calorific value is ensured, and a warm-up performance in which the catalytic combustion section 5 warms up the shift section 3 is ensured.

次に、触媒燃焼部5に装備されている温度センサ50x(温度検知手段)により、触媒燃焼部5の温度が触媒燃焼部本体50の触媒5cの耐熱温度TC以下であるか否か判定する(ステップS120)。触媒燃焼部5の温度が触媒燃焼部本体50の触媒5cの耐熱温度TCを越えていれば、触媒5cを過熱から保護するため、触媒燃焼部5の暖機用導入口5iへの空気の供給を停止させ(ステップS126)、触媒燃焼部5による暖機運転を停止させる。従って、ステップS120,S126は、触媒燃焼部5の触媒5cを熱的に保護する触媒保護手段を構成する。   Next, it is determined whether or not the temperature of the catalyst combustion unit 5 is equal to or lower than the heat-resistant temperature TC of the catalyst 5c of the catalyst combustion unit body 50 by the temperature sensor 50x (temperature detection means) provided in the catalyst combustion unit 5 ( Step S120). If the temperature of the catalytic combustion unit 5 exceeds the heat-resistant temperature TC of the catalyst 5c of the catalytic combustion unit main body 50, air is supplied to the warm-up inlet 5i of the catalytic combustion unit 5 in order to protect the catalyst 5c from overheating. Is stopped (step S126), and the warm-up operation by the catalytic combustion unit 5 is stopped. Therefore, steps S120 and S126 constitute a catalyst protection means for thermally protecting the catalyst 5c of the catalytic combustion unit 5.

また、シフト部3の暖機が終了したか否か判定する(ステップS124)。つまり、シフト部3の測温場所が第2設定温度T2以上であるか否か判定する。第2設定温度T2以上であれば(YES)、シフト部3の暖機が終了したと判定されるため、暖機用導入口5iへの空気の供給を停止させ(ステップS126)、触媒燃焼部5による暖機運転を停止させ、メインルーチンにリターンする。シフト部3の測温場所が第2設定温度T2未満であれば(NO)、シフト部3の暖機がまだ終了していないため、ステップS120にリターンし、暖機用導入口5iへの空気の供給を継続させ、増量操作を継続させる。従ってステップS124は、触媒燃焼部5による暖機運転を終了する時期を判定する暖機終了判定手段を構成する。   Further, it is determined whether or not the warm-up of the shift unit 3 has been completed (step S124). That is, it is determined whether or not the temperature measurement place of the shift unit 3 is equal to or higher than the second set temperature T2. If it is equal to or higher than the second set temperature T2 (YES), it is determined that the warm-up of the shift unit 3 has been completed, so the supply of air to the warm-up inlet 5i is stopped (step S126), and the catalytic combustion unit 5 is stopped, and the process returns to the main routine. If the temperature measurement location of the shift unit 3 is less than the second set temperature T2 (NO), the warming-up of the shift unit 3 has not been completed yet, so the process returns to step S120, and the air to the warm-up inlet 5i The supply operation is continued and the increase operation is continued. Accordingly, step S124 constitutes a warm-up end determination unit that determines the timing for ending the warm-up operation by the catalytic combustion unit 5.

ステップS114において、触媒燃焼部5の触媒燃焼部本体50の触媒5cの温度が第1設定温度T1よりもΔTa上昇していないときには、触媒燃焼部本体50が着火していないと推定されるので、上記した着火操作時から一定時間経過したか判定し(ステップS130)、一定時間経過していなければ、ステップS114に戻り、着火の有無の判定を継続する。一定時間経過しても着火していなければ、燃料電池発電システムが異常であると判定し(ステップS132)、当該システムを停止させる(ステップS134)。従ってステップS114,S130は触媒燃焼部5の着火不良を判定する着火不良判定手段を構成する。   In step S114, when the temperature of the catalyst 5c of the catalyst combustion unit body 50 of the catalyst combustion unit 5 is not increased by ΔTa from the first set temperature T1, it is estimated that the catalyst combustion unit body 50 is not ignited. It is determined whether a certain time has elapsed since the ignition operation described above (step S130). If the certain time has not elapsed, the process returns to step S114, and the determination of the presence or absence of ignition is continued. If the fuel cell power generation system does not ignite even after a certain period of time, it is determined that the fuel cell power generation system is abnormal (step S132), and the system is stopped (step S134). Therefore, steps S114 and S130 constitute ignition failure determination means for determining the ignition failure of the catalytic combustion unit 5.

図7は実施例2を示す。本実施例は実施例1と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。従って図1、図3、図4、図5を準用することができる。以下、実施例1と異なる部分を中心として説明する。本実施例においては、図7に示すように、一酸化炭素低減部の一部として機能するシフト部3には、シフト部3の昇温を促進させて活性化促進手段としての燃焼排ガス通路200が設けられている。燃焼排ガス通路200は、シフト部3にこれの外周側に取り付けられ入口201i及び出口201pをもつリング状の加熱通路201と、加熱通路201の入口201iと改質部2の燃焼帯22の出口22pとを繋ぐ加熱通路203と、流路切替手段としての切替バルブ204と、加熱通路201を迂回する迂回排気通路205とを有する。   FIG. 7 shows a second embodiment. The present embodiment basically has the same configuration and the same function and effect as the first embodiment. Accordingly, FIGS. 1, 3, 4, and 5 can be applied mutatis mutandis. Hereinafter, a description will be given centering on differences from the first embodiment. In the present embodiment, as shown in FIG. 7, the shift unit 3 that functions as a part of the carbon monoxide reduction unit has a combustion exhaust gas passage 200 serving as an activation promoting unit by promoting the temperature rise of the shift unit 3. Is provided. The combustion exhaust gas passage 200 is attached to the shift portion 3 on the outer peripheral side thereof, and has a ring-shaped heating passage 201 having an inlet 201i and an outlet 201p, an inlet 201i of the heating passage 201, and an outlet 22p of the combustion zone 22 of the reformer 2. A heating passage 203, a switching valve 204 as a flow switching means, and a bypass exhaust passage 205 that bypasses the heating passage 201.

改質部2の運転時に、改質部2の燃焼帯22の出口22pから排出された燃焼排ガスは、通路203,加熱通路201を流れ、シフト部3を加熱する。このため起動時においても、シフト部3のシフト触媒3cをこれの活性化温度領域に短時間に到達させることができる。この結果、起動時においても、改質ガスのCO濃度を低減させることができる。このように浄化された改質ガスを触媒燃焼部5の導入口5iに導入するため、COが触媒燃焼部5の触媒5cに吸着することが抑制される。よって起動時においても、触媒燃焼部5における着火性、燃焼性を向上させることができる。着火した後には、実施例1のように触媒燃焼部5に供給する空気の流量を増加させることができる。   During the operation of the reforming unit 2, the combustion exhaust gas discharged from the outlet 22 p of the combustion zone 22 of the reforming unit 2 flows through the passage 203 and the heating passage 201 to heat the shift unit 3. For this reason, even at the time of starting, the shift catalyst 3c of the shift unit 3 can reach its activation temperature region in a short time. As a result, the CO concentration of the reformed gas can be reduced even at startup. Since the reformed gas thus purified is introduced into the inlet 5 i of the catalytic combustion unit 5, the adsorption of CO to the catalyst 5 c of the catalytic combustion unit 5 is suppressed. Therefore, the ignitability and combustibility in the catalytic combustion unit 5 can be improved even at the time of startup. After ignition, the flow rate of air supplied to the catalytic combustion unit 5 can be increased as in the first embodiment.

定常運転時等において、シフト部3の温度が高くなりすぎたら、切替バルブ204により、加熱通路201に向かう燃焼排ガスの流量を減少させるか0にすると共に、燃焼排ガスを迂回排気通路205から排出させる。これによりシフト部3の過熱が抑制され、シフト触媒3cの保護性を高めることができる。切替バルブ204および迂回排気通路205は、シフト部3シフト触媒3cの保護する触媒保護手段として機能できる。   If the temperature of the shift unit 3 becomes too high during steady operation or the like, the switching valve 204 reduces or sets the flow rate of the combustion exhaust gas toward the heating passage 201 to 0 and exhausts the combustion exhaust gas from the bypass exhaust passage 205. . Thereby, the overheating of the shift part 3 is suppressed and the protective property of the shift catalyst 3c can be improved. The switching valve 204 and the bypass exhaust passage 205 can function as catalyst protection means for protecting the shift unit 3 shift catalyst 3c.

図8及び図9は実施例3を示す。本実施例は実施例1と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。従って図1、図3、図4、図5を準用することができる。以下、実施例1と異なる部分を中心として説明する。本実施例においても、図8に示すように、CO浄化部4は改質部2からの熱が伝達される位置に伝熱可能に設けられており、具体的には改質部2の外周部にリング状断面を有する一体的に円筒状に設けられている。起動時においては改質部2が早く高温になるため、CO浄化部4をこれの活性化温度領域に短時間に到達させることができ、故に、改質ガス中のCOが触媒燃焼部5の触媒5cに吸着することが抑制され、触媒燃焼部5における着火性、燃焼性を高めるのに有利である。   8 and 9 show a third embodiment. The present embodiment basically has the same configuration and the same function and effect as the first embodiment. Accordingly, FIGS. 1, 3, 4, and 5 can be applied mutatis mutandis. Hereinafter, a description will be given centering on differences from the first embodiment. Also in the present embodiment, as shown in FIG. 8, the CO purification unit 4 is provided so as to be able to transfer heat to a position where heat from the reforming unit 2 is transmitted. The part is provided in an integral cylindrical shape having a ring-shaped cross section. Since the reforming unit 2 quickly reaches a high temperature at the time of start-up, the CO purification unit 4 can reach the activation temperature region in a short time. Adsorption to the catalyst 5c is suppressed, which is advantageous for improving the ignitability and combustibility in the catalytic combustion section 5.

更に、起動時には、触媒燃焼制御部100が第2バルブ82を開放し、第2バルブ82および第4通路74を介して空気(酸素)をCO浄化部4に導入する。これにより前記した式(3)の反応式に基づいて、改質ガスのCOガスと酸素とを反応させて二酸化炭素を生成し、改質ガスのCOガスの濃度を低減させる。この反応は発熱反応であり、CO浄化部4の昇温、活性化に有効であり、触媒燃焼部5における着火性、燃焼性を高めるのに一層有利である。   Further, at the time of startup, the catalytic combustion control unit 100 opens the second valve 82 and introduces air (oxygen) into the CO purification unit 4 via the second valve 82 and the fourth passage 74. Thereby, based on the reaction formula of the above-described formula (3), the CO gas of the reformed gas and oxygen are reacted to generate carbon dioxide, and the concentration of the CO gas of the reformed gas is reduced. This reaction is an exothermic reaction, is effective for raising the temperature and activating the CO purification unit 4, and is more advantageous for improving the ignitability and combustibility in the catalytic combustion unit 5.

図9は触媒燃焼制御部100が実行する制御のフローチャートの一例を示す。制御はこのフローチャートに限定されるものではない。まず、改質原料である燃料系原料、水系原料を改質部2に搬入する(ステップS202)。これにより改質部2により改質ガスが生成される。CO浄化部4が昇温して設定温度TE(例えば80℃)を越えているか判定する(ステップS204)。設定温度TEはCO浄化部4の活性温度領域よりもやや低い温度に相当する。CO浄化部4が設定温度TEを越えていなければ、越えるまで待機する(ステップS204)。CO浄化部4が設定温度TEを越えていれば、第2バルブ82(第2開閉手段)を開放して第4通路74を介して浄化用の空気(酸素)をCO浄化部4に供給し(ステップS206)、改質ガスのCOガスと酸素とを反応させて二酸化炭素を生成し、CO浄化部4において浄化反応を進め、改質ガスのCO濃度を低減する。更に、一定時間待機する(ステップS208)。この間に触媒燃焼部本体50及びCO浄化部4は次第に昇温される。ステップS206は、起動時に、一酸化炭素低減部であるCO浄化部4に酸素を供給する活性化促進手段として機能することができる。ステップS206、S208,S210は、起動時に、一酸化炭素低減部であるCO浄化部4に酸素を供給してCO浄化部4を活性化させた後に、CO濃度が低減された燃料ガスを触媒燃焼部5に供給する活性化促進手段として機能することができる。   FIG. 9 shows an example of a flowchart of control executed by the catalytic combustion control unit 100. Control is not limited to this flowchart. First, the fuel-based material and the water-based material that are the reforming materials are carried into the reforming unit 2 (step S202). Thereby, reformed gas is generated by the reforming unit 2. It is determined whether the CO purification unit 4 is heated and exceeds a set temperature TE (for example, 80 ° C.) (step S204). The set temperature TE corresponds to a temperature slightly lower than the activation temperature region of the CO purification unit 4. If the CO purification unit 4 does not exceed the set temperature TE, it waits until it exceeds (step S204). If the CO purification unit 4 exceeds the set temperature TE, the second valve 82 (second opening / closing means) is opened, and purification air (oxygen) is supplied to the CO purification unit 4 via the fourth passage 74. (Step S206), CO gas of reformed gas and oxygen are reacted to generate carbon dioxide, purifying reaction is advanced in the CO purifying unit 4, and the CO concentration of the reformed gas is reduced. Further, it waits for a certain time (step S208). During this time, the temperature of the catalytic combustion unit main body 50 and the CO purification unit 4 is gradually increased. Step S206 can function as an activation promoting means for supplying oxygen to the CO purification unit 4 that is the carbon monoxide reduction unit at the time of startup. In steps S206, S208, and S210, at the time of start-up, oxygen is supplied to the CO purification unit 4 that is a carbon monoxide reduction unit to activate the CO purification unit 4, and then the fuel gas with reduced CO concentration is catalytically combusted. It can function as an activation promoting means to be supplied to the unit 5.

次に、第6バルブ86を開放させ、CO濃度が低減された改質ガスを凝縮器87,第6バルブ86及び第2迂回通路80を介して触媒燃焼部5の暖機用導入口5iに供給する(ステップS210)。そして一定時間待機する(ステップS212)。この間に、改質ガスが触媒燃焼部5に装填される。その後、バルブ流路変更指令を出力し(ステップS214)、第1バルブ81を開放させ、空気を触媒燃焼部5の暖機用導入口5iに供給し(ステップS216)、触媒燃焼部5を着火させる着火操作を行う。この場合、第2バルブ82の開放量を小さくしても良いし、あるいは、閉鎖させても良い。上記したように改質ガスを暖機用導入口5iに供給した後に、暖機用導入口5iに空気を供給するのは、無用な着火防止のためである。ステップ210,S212,S214、S216は、燃料ガスを空気よりも優先して触媒燃焼部5に供給する燃料ガス優先手段を構成する。   Next, the sixth valve 86 is opened, and the reformed gas with reduced CO concentration is supplied to the warm-up inlet 5i of the catalytic combustion section 5 via the condenser 87, the sixth valve 86, and the second bypass passage 80. Supply (step S210). Then, it waits for a certain time (step S212). During this time, the reformed gas is charged into the catalytic combustion unit 5. Thereafter, a valve flow path change command is output (step S214), the first valve 81 is opened, air is supplied to the warm-up inlet 5i of the catalytic combustion unit 5 (step S216), and the catalytic combustion unit 5 is ignited. Perform the ignition operation. In this case, the opening amount of the second valve 82 may be reduced or closed. The reason why the air is supplied to the warm-up inlet 5i after supplying the reformed gas to the warm-up inlet 5i as described above is to prevent unnecessary ignition. Steps 210, S212, S214, and S216 constitute fuel gas priority means for supplying fuel gas to the catalytic combustion unit 5 with priority over air.

そして、シフト部3の測温場所が第2設定温度T2(T2:例えば170℃)以下であるか否か判定する(ステップS218)。以上であれば、シフト部3の活性化が充分であり、シフト部3の暖機が必要でないと判定されるため、空気の供給を停止し(ステップS230)、メインルーチンにリターンする。これに対して、シフト部3の測温場所が第2設定温度T2未満であれば、シフト部3の活性化が充分ではなく、シフト部3を暖機させる必要があり、ひいては触媒燃焼部5の更なる昇温が必要であると判定される。従ってステップS218は、触媒燃焼部5を昇温させてシフト部3を暖機させる必要性があるか否かを判定する暖機必要性判定手段を構成する。   And it is determined whether the temperature measurement place of the shift part 3 is below 2nd setting temperature T2 (T2: 170 degreeC, for example) (step S218). If it is above, since it is determined that the activation of the shift unit 3 is sufficient and the shift unit 3 does not need to be warmed up, the supply of air is stopped (step S230), and the process returns to the main routine. On the other hand, if the temperature measurement location of the shift unit 3 is lower than the second set temperature T2, the shift unit 3 is not sufficiently activated, and the shift unit 3 needs to be warmed up. It is determined that further temperature increase is required. Therefore, step S218 constitutes a warm-up necessity determination unit that determines whether or not it is necessary to warm up the shift unit 3 by raising the temperature of the catalytic combustion unit 5.

そして、触媒燃焼部5の触媒燃焼部本体50の触媒5cが着火したか否かを判定する(ステップS220)。即ち、触媒燃焼部5の温度が初期温度である第1設定温度T1よりもΔTa(ΔTa:例えば80℃)上昇したか否か判定する。触媒燃焼部5の温度が第1設定温度T1よりもΔTa上昇していれば、触媒燃焼部5の触媒燃焼部本体50の触媒5cが着火したと判定し、着火判定信号を出力する(ステップS220)。従ってステップS220は、触媒燃焼部5の触媒燃焼部本体50における着火の有無を判定する着火判定手段を構成する。   And it is determined whether the catalyst 5c of the catalyst combustion part main body 50 of the catalyst combustion part 5 ignited (step S220). That is, it is determined whether or not the temperature of the catalytic combustion unit 5 has increased by ΔTa (ΔTa: for example, 80 ° C.) higher than the first set temperature T1, which is the initial temperature. If the temperature of the catalyst combustion unit 5 is higher by ΔTa than the first set temperature T1, it is determined that the catalyst 5c of the catalyst combustion unit body 50 of the catalyst combustion unit 5 has ignited, and an ignition determination signal is output (step S220). ). Therefore, step S220 constitutes an ignition determination means for determining whether or not the catalyst combustion unit body 50 of the catalyst combustion unit 5 is ignited.

その後、第1バルブ81の開放度を増加するか、搬送要素73mの空気搬送量を増加させることにより、触媒燃焼部5の暖機用導入口5iに供給する単位時間当たりの空気の流量を増加させ(ステップS224)、酸素の増量操作を行う。これにより触媒燃焼部5における触媒燃焼性が更に進み、触媒燃焼部5の発熱量、暖機性能が確保される。   Thereafter, by increasing the degree of opening of the first valve 81 or increasing the amount of air transported by the transport element 73m, the flow rate of air per unit time supplied to the warm-up inlet 5i of the catalytic combustion unit 5 is increased. (Step S224), and an oxygen increasing operation is performed. Thereby, the catalyst combustibility in the catalyst combustion part 5 further progresses, and the calorific value and warm-up performance of the catalyst combustion part 5 are ensured.

次に、触媒燃焼部5に装備されている温度センサ50x(温度検知手段)により、触媒燃焼部5の温度が触媒燃焼部本体50の触媒5cの耐熱温度TC以下であるか否か判定する(ステップS226)。触媒燃焼部5の温度が触媒燃焼部本体50の触媒5cの耐熱温度TCを越えていれば、触媒5cを過熱から保護するため、触媒燃焼部5の暖機用導入口5iへの空気の供給を停止させ(ステップS230)、触媒燃焼部5による暖機運転を停止させる。従って、ステップS226,S230は、触媒燃焼部5の触媒5cを熱的に保護する触媒保護手段を構成する。   Next, it is determined whether or not the temperature of the catalyst combustion unit 5 is equal to or lower than the heat-resistant temperature TC of the catalyst 5c of the catalyst combustion unit body 50 by the temperature sensor 50x (temperature detection means) provided in the catalyst combustion unit 5 ( Step S226). If the temperature of the catalytic combustion unit 5 exceeds the heat-resistant temperature TC of the catalyst 5c of the catalytic combustion unit main body 50, air is supplied to the warm-up inlet 5i of the catalytic combustion unit 5 in order to protect the catalyst 5c from overheating. Is stopped (step S230), and the warm-up operation by the catalytic combustion unit 5 is stopped. Accordingly, steps S226 and S230 constitute a catalyst protection means for thermally protecting the catalyst 5c of the catalytic combustion unit 5.

また、シフト部3の暖機が終了したか否か判定する(ステップS228)。つまり、シフト部3の測温場所が第2設定温度T2以上であるか否か判定する。第2設定温度T2以上であれば(YES)、シフト部3の暖機が終了したと判定されるため、暖機用導入口5iへの空気の供給を停止させ(ステップS230)、触媒燃焼部5による暖機運転を停止させ、メインルーチンにリターンする。シフト部3の測温場所が第2設定温度T2未満であれば、シフト部3の暖機がまだ終了していないため(NO)、ステップS226にリターンし、暖機用導入口5iへの空気の供給を継続させ、増量操作を継続させる。従ってステップS228は、触媒燃焼部5による暖機運転を終了する時期を判定する暖機終了判定手段を構成する。   Further, it is determined whether or not the warm-up of the shift unit 3 has been completed (step S228). That is, it is determined whether or not the temperature measurement place of the shift unit 3 is equal to or higher than the second set temperature T2. If it is equal to or higher than the second set temperature T2 (YES), it is determined that the warming-up of the shift unit 3 has been completed, so the supply of air to the warming-up inlet 5i is stopped (step S230), and the catalytic combustion unit 5 is stopped, and the process returns to the main routine. If the temperature measurement location of the shift unit 3 is lower than the second set temperature T2, the warm-up of the shift unit 3 has not been completed yet (NO), so the process returns to step S226 and the air to the warm-up inlet 5i. The supply operation is continued and the increase operation is continued. Therefore, step S228 constitutes a warm-up end determination means for determining the timing for ending the warm-up operation by the catalyst combustion unit 5.

ステップS220において、触媒燃焼部5の触媒燃焼部本体50の触媒5cの温度が初期温度である第1設定温度T1よりもΔTa上昇していないときには、触媒燃焼部本体50が着火していないと推定されるので、上記した着火操作時から一定時間経過したか判定し(ステップS234)、一定時間経過していなければ、ステップS220に戻り、着火の有無の判定を継続する。一定時間経過しても着火していなければ、燃料電池発電システムが異常であると判定し(ステップS236)、当該システムを停止させる(ステップS238)。従ってステップS220,S234は触媒燃焼部5の着火不良を判定する着火不良判定手段を構成する。   In step S220, when the temperature of the catalyst 5c of the catalyst combustion unit body 50 of the catalyst combustion unit 5 has not risen by ΔTa from the first set temperature T1, which is the initial temperature, it is estimated that the catalyst combustion unit body 50 has not ignited. Therefore, it is determined whether a certain time has elapsed since the above-described ignition operation (step S234). If the certain time has not elapsed, the process returns to step S220, and the determination of the presence or absence of ignition is continued. If the fuel cell power generation system does not ignite even after a certain period of time, it is determined that the fuel cell power generation system is abnormal (step S236), and the system is stopped (step S238). Therefore, steps S220 and S234 constitute ignition failure determination means for determining the ignition failure of the catalytic combustion unit 5.

図10は実施例4に係るフローチャートを示す。本実施例は実施例1と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。従って図1、図2、図3、図4、図5を準用することができる。以下、実施例1と異なる部分を中心として説明する。本実施例においては、活性化促進手段は、水素及び一酸化炭素を含む燃料ガスを触媒燃焼部に導入する導入手段と、水素及び一酸化炭素を含む燃料ガスを導入手段により触媒燃焼部に導入する前に、空気(酸素)を触媒燃焼部5に供給する酸素供給手段とを備えている。   FIG. 10 is a flowchart according to the fourth embodiment. The present embodiment basically has the same configuration and the same function and effect as the first embodiment. Accordingly, FIGS. 1, 2, 3, 4, and 5 can be applied mutatis mutandis. Hereinafter, a description will be given centering on differences from the first embodiment. In the present embodiment, the activation promoting means introduces the fuel gas containing hydrogen and carbon monoxide into the catalytic combustion section, and introduces the fuel gas containing hydrogen and carbon monoxide into the catalytic combustion section by the introducing means. Before starting, oxygen supply means for supplying air (oxygen) to the catalytic combustion unit 5 is provided.

図10は触媒燃焼制御部100が実行する制御のフローチャートの一例を示す。制御はこのフローチャートに限定されるものではない。まず、改質原料である燃料系原料、水系原料を改質部2に搬入する(ステップS302)。これにより改質部2により改質ガスが生成される。一定時間の経過を待つ(ステップS304)。一定時間経過すれば、CO浄化部4が昇温する。次に、第6バルブ86を閉鎖した状態で第1バルブ81を開放し、空気を触媒燃焼部5の暖機用導入口5iに供給する。更に一定時間待機する(ステップS308)。これにより空気は触媒燃焼部5の内部に流れる。次に、第6バルブ86を開放させ、改質ガスを第6バルブ86及び第2迂回通路80を介して触媒燃焼部5の暖機用導入口5iに供給する(ステップS310)。これにより触媒燃焼部5を着火させる着火操作を行う。この場合、第2バルブ82は開放していても良いし、あるいは、閉鎖していても良い。   FIG. 10 shows an example of a flowchart of control executed by the catalytic combustion control unit 100. Control is not limited to this flowchart. First, the fuel-based material and the water-based material that are reforming materials are carried into the reforming unit 2 (step S302). Thereby, reformed gas is generated by the reforming unit 2. Wait for a certain period of time (step S304). When a certain time has elapsed, the CO purification unit 4 is heated. Next, the first valve 81 is opened with the sixth valve 86 closed, and air is supplied to the warm-up inlet 5 i of the catalytic combustion unit 5. Further, it waits for a certain time (step S308). As a result, air flows into the catalyst combustion section 5. Next, the sixth valve 86 is opened, and the reformed gas is supplied to the warm-up inlet 5i of the catalytic combustion unit 5 via the sixth valve 86 and the second bypass passage 80 (step S310). Thereby, an ignition operation for igniting the catalytic combustion unit 5 is performed. In this case, the second valve 82 may be opened or closed.

上記したように触媒燃焼部5に空気が供給された状態で、水素及び一酸化炭素を含む改質ガスが触媒燃焼部5に供給されると、一酸化炭素を改質ガスが含むときであっても、触媒燃焼部5の着火性が確保され易い。ここで、一酸化炭素は触媒燃焼部5の触媒5cに吸着されて触媒活性を低下させる傾向をもつ。しかし、CO分子が存在したとしても、燃焼しやすい水素が存在すれば、触媒燃焼部5の触媒5cは着火し易くなる。水素の燃焼容易性によるものと推察される。更に、水素分子は軽量で粘性が小さいため、拡散性が高く、一酸化炭素の分子よりも移動速度が速いことも起因していると推察される。   As described above, when the reformed gas containing hydrogen and carbon monoxide is supplied to the catalytic combustion unit 5 in a state where air is supplied to the catalytic combustion unit 5, the reformed gas contains carbon monoxide. However, the ignitability of the catalytic combustion unit 5 is easily secured. Here, the carbon monoxide has a tendency to be adsorbed by the catalyst 5c of the catalytic combustion section 5 and reduce the catalytic activity. However, even if CO molecules are present, the catalyst 5c of the catalytic combustion unit 5 is easily ignited if hydrogen that is easily combusted is present. This is presumably due to the ease of hydrogen combustion. Furthermore, since hydrogen molecules are lightweight and have low viscosity, it is presumed that this is also due to high diffusivity and faster migration speed than carbon monoxide molecules.

ここで、閉鎖している第6バルブ86が開放すると、改質ガスに含まれている水素分子及びCO分子が第6バルブ86から暖機用導入口5iを経て触媒燃焼部5に向かう。この場合、仮に第6バルブ86の位置が暖機用導入口5iに接近していたしても、水素は着火容易性、低温着火性を有するため、触媒燃焼部5における着火性を確保できる。また、第6バルブ86(燃料ガス供給バルブ)と暖機用導入口5iとの間の距離が長い場合には、着火阻害性を有するCO分子よりも、着火容易性をもつ水素分子が速く進む度合を大きくでき、ひいては水素リッチでCO濃度が少ない状態を触媒燃焼部5付近に一時的に形成でき、触媒燃焼部5における着火性及び燃焼性を改善できるものと考えられる。従って第6バルブ86と暖機用導入口5iとの間の距離をある程度設定することができる。しかし当該距離が長いと、サイズの大型化を招く。従って、当該距離としては、燃料電池発電システムのサイズにもよるが、例えば3〜100センチメートル程度に設定することができるが、これに限定されるものではない。従って、ステップ306,S308,S310は、COよりも水素を優先して触媒燃焼部5に到達させて触媒燃焼部5の着火性を促進させる促進手段を構成する。ここで、水素は低温でも燃焼できる低温燃焼性に優れているため、触媒燃焼部5が一旦着火してしまえば、改質ガスのCO濃度が仮に高い場合(例えば10〜15%程度)であっても、触媒燃焼部5における燃焼性は維持される。   Here, when the closed sixth valve 86 is opened, hydrogen molecules and CO molecules contained in the reformed gas travel from the sixth valve 86 to the catalytic combustion unit 5 through the warm-up inlet 5i. In this case, even if the position of the sixth valve 86 is close to the warm-up introduction port 5i, hydrogen has easy ignition and low temperature ignition, so that the ignition in the catalytic combustion unit 5 can be ensured. In addition, when the distance between the sixth valve 86 (fuel gas supply valve) and the warm-up introduction port 5i is long, hydrogen molecules having ease of ignition advance faster than CO molecules having ignition inhibition properties. It can be considered that the degree can be increased, and consequently, the state of being rich in hydrogen and having a low CO concentration can be temporarily formed in the vicinity of the catalytic combustion unit 5 and the ignitability and combustibility in the catalytic combustion unit 5 can be improved. Therefore, the distance between the sixth valve 86 and the warm-up introduction port 5i can be set to some extent. However, if the distance is long, the size increases. Therefore, although the distance depends on the size of the fuel cell power generation system, it can be set to about 3 to 100 centimeters, for example, but is not limited thereto. Therefore, Steps 306, S308, and S310 constitute an accelerating unit that prioritizes hydrogen over CO to reach the catalytic combustion unit 5 to promote the ignitability of the catalytic combustion unit 5. Here, since hydrogen is excellent in low-temperature flammability that can be burned even at low temperatures, once the catalytic combustion section 5 is ignited, the CO concentration of the reformed gas is temporarily high (for example, about 10 to 15%). Even in this case, the combustibility in the catalytic combustion unit 5 is maintained.

本実施例によれば、ステップS310は、水素及び一酸化炭素を含む燃料ガスを触媒燃焼部5に導入する導入手段として機能できる。ステップS306は、水素及び一酸化炭素を含む燃料ガスを導入手段により触媒燃焼部5に導入する前に、酸素(空気)を触媒燃焼部5に供給する酸素供給手段として機能できる。   According to the present embodiment, step S310 can function as introduction means for introducing a fuel gas containing hydrogen and carbon monoxide into the catalytic combustion unit 5. Step S306 can function as an oxygen supply unit that supplies oxygen (air) to the catalytic combustion unit 5 before introducing the fuel gas containing hydrogen and carbon monoxide into the catalytic combustion unit 5 by the introducing unit.

そして、シフト部3の測温場所が第2設定温度T2(T2:例えば170℃)
以下であるか否か判定する(ステップS312)。以上であれば、シフト部3の活性化が充分であり、シフト部3の暖機が必要でないと判定されるため、空気の供給を停止し(ステップS324)、メインルーチンにリターンする。シフト部3の測温場所が第2設定温度T2未満であれば、シフト部3の活性化が充分ではなく、シフト部3を暖機させる必要があり、ひいては触媒燃焼部5の更なる昇温が必要であると判定される。従ってステップS312は、触媒燃焼部5を昇温させてシフト部3を暖機させる必要性があるか否かを判定する暖機必要性判定手段を構成する。
And the temperature measurement place of the shift part 3 is 2nd setting temperature T2 (T2: 170 degreeC, for example)
It is determined whether the following is true (step S312). If it is above, since it is determined that the shift unit 3 is sufficiently activated and the shift unit 3 does not need to be warmed up, the supply of air is stopped (step S324), and the process returns to the main routine. If the temperature measurement location of the shift unit 3 is lower than the second set temperature T2, the shift unit 3 is not sufficiently activated, and the shift unit 3 needs to be warmed up. As a result, the catalyst combustion unit 5 is further heated. Is determined to be necessary. Therefore, step S312 constitutes a warm-up necessity determining unit that determines whether or not there is a need to warm up the shift unit 3 by raising the temperature of the catalytic combustion unit 5.

そして、触媒燃焼部5の触媒燃焼部本体50の触媒5cの温度が第1設定温度T1よりもΔTa(ΔTa:例えば80℃)上昇したか否か、つまり、触媒燃焼部5が着火したか否かを判定する(ステップS314)。第1設定温度T1よりもΔTa上昇していれば、触媒燃焼部5の触媒燃焼部本体50の触媒5cが着火したと判定し、着火判定信号を出力する(ステップS316)。従ってステップS314は、触媒燃焼部5の触媒燃焼部本体50における着火の有無を判定する着火判定手段を構成する。その後、第1バルブ81の開放度を増加するか、搬送要素73mの空気搬送量を増加させることにより、触媒燃焼部5の暖機用導入口5iに供給する単位時間当たりの空気の流量を増加させ(ステップS318)、増量操作を行う。これにより触媒燃焼部5における触媒燃焼性が更に進み、発熱量が確保され、触媒燃焼部5がシフト部3を暖機する暖機性能が確保される。   Then, whether or not the temperature of the catalyst 5c of the catalyst combustion unit main body 50 of the catalyst combustion unit 5 has increased by ΔTa (ΔTa: for example, 80 ° C.) from the first set temperature T1, that is, whether or not the catalyst combustion unit 5 has ignited. Is determined (step S314). If ΔTa is higher than the first set temperature T1, it is determined that the catalyst 5c of the catalytic combustion unit body 50 of the catalytic combustion unit 5 has ignited, and an ignition determination signal is output (step S316). Therefore, step S314 constitutes an ignition determination means for determining whether or not the catalyst combustion unit body 50 of the catalyst combustion unit 5 is ignited. Thereafter, by increasing the degree of opening of the first valve 81 or increasing the amount of air transported by the transport element 73m, the flow rate of air per unit time supplied to the warm-up inlet 5i of the catalytic combustion unit 5 is increased. (Step S318) and an increase operation is performed. As a result, the catalytic combustibility in the catalytic combustion section 5 further proceeds, a calorific value is ensured, and a warm-up performance in which the catalytic combustion section 5 warms up the shift section 3 is ensured.

次に、触媒燃焼部5に装備されている温度センサ50x(温度検知手段)により、触媒燃焼部5の温度が触媒燃焼部本体50の触媒5cの耐熱温度TC以下であるか否か判定する(ステップS320)。触媒燃焼部5の温度が触媒燃焼部本体50の触媒5cの耐熱温度TCを越えていれば、触媒5cを保護するため、触媒燃焼部5の暖機用導入口5iへの空気の供給を停止させ(ステップS324)、触媒燃焼部5による暖機運転を停止させる。従って、ステップS320,S324は、触媒燃焼部5の触媒5cを熱的に保護する触媒保護手段を構成する。   Next, it is determined whether or not the temperature of the catalyst combustion unit 5 is equal to or lower than the heat-resistant temperature TC of the catalyst 5c of the catalyst combustion unit body 50 by the temperature sensor 50x (temperature detection means) provided in the catalyst combustion unit 5 ( Step S320). If the temperature of the catalytic combustion unit 5 exceeds the heat-resistant temperature TC of the catalyst 5c of the catalytic combustion unit main body 50, the supply of air to the warm-up inlet 5i of the catalytic combustion unit 5 is stopped to protect the catalyst 5c. (Step S324), and the warm-up operation by the catalyst combustion unit 5 is stopped. Therefore, steps S320 and S324 constitute a catalyst protection means for thermally protecting the catalyst 5c of the catalytic combustion unit 5.

また、シフト部3の暖機が終了したか否か判定する(ステップS322)。つまり、シフト部3の測温場所が第2設定温度T2以上であるか否か判定する。シフト部3の暖機が終了したと判定されると(YES)、暖機用導入口5iへの空気の供給を停止させるべく第1バルブ81を閉鎖し(ステップS324)、触媒燃焼部5による暖機運転を停止させ、メインルーチンにリターンする。シフト部3の測温場所が第2設定温度T2未満であれば(NO)、シフト部3の暖機がまだ終了していないため、ステップS320にリターンし、暖機用導入口5iへの空気の供給を継続させ、増量操作を継続させる。従ってステップS322は、触媒燃焼部5による暖機運転を終了する時期を判定する暖機終了判定手段を構成する。   Further, it is determined whether or not the warm-up of the shift unit 3 has been completed (step S322). That is, it is determined whether or not the temperature measurement place of the shift unit 3 is equal to or higher than the second set temperature T2. If it is determined that the warm-up of the shift unit 3 has been completed (YES), the first valve 81 is closed to stop the supply of air to the warm-up inlet 5i (step S324), and the catalytic combustion unit 5 Stop warm-up operation and return to the main routine. If the temperature measurement location of the shift unit 3 is lower than the second set temperature T2 (NO), the warming-up of the shift unit 3 has not been completed yet, so the process returns to step S320, and the air to the warm-up inlet 5i The supply operation is continued and the increase operation is continued. Accordingly, step S322 constitutes a warm-up end determination means for determining the timing for ending the warm-up operation by the catalyst combustion unit 5.

ステップS314において、触媒燃焼部5の触媒燃焼部本体50の触媒5cの温度が第1設定温度T1よりもΔTa上昇していないときには、触媒燃焼部本体50が着火していないと推定されるので、上記した着火操作時から一定時間経過したか判定し(ステップS330)、一定時間経過していなければ、ステップS314に戻り、着火の有無の判定を継続する。一定時間経過しても着火していなければ、燃料電池発電システムが異常であると判定し(ステップS332)、当該システムを停止させる(ステップS334)。従ってステップS314,S330は触媒燃焼部5の着火不良を判定する着火不良判定手段を構成する。   In step S314, when the temperature of the catalyst 5c of the catalyst combustion unit body 50 of the catalyst combustion unit 5 is not increased by ΔTa from the first set temperature T1, it is estimated that the catalyst combustion unit body 50 is not ignited. It is determined whether a certain time has elapsed since the ignition operation described above (step S330). If the certain time has not elapsed, the process returns to step S314, and the determination of the presence or absence of ignition is continued. If the fuel cell power generation system does not ignite even after a certain period of time, it is determined that the fuel cell power generation system is abnormal (step S332), and the system is stopped (step S334). Therefore, steps S314 and S330 constitute an ignition failure determination means for determining an ignition failure of the catalyst combustion unit 5.

(その他)
上記した燃料電池発電システムは定置用でも車載用でも、それ以外の用途でも良い。上記した実施例は改質装置は燃料電池発電システムに適用したものであるが、これに限らず、水素製造システム等の他のシステムに適用してもよい。
(Other)
The fuel cell power generation system described above may be stationary, in-vehicle, or used for other purposes. In the above-described embodiment, the reformer is applied to a fuel cell power generation system. However, the present invention is not limited to this and may be applied to other systems such as a hydrogen production system.

本発明は燃料ガス処理装置に利用することができる。例えば、燃料ガス処理装置を有する水素製造システム、燃料ガス処理装置を有する燃料電池発電システムに利用することができる。   The present invention can be used in a fuel gas processing apparatus. For example, it can be used for a hydrogen production system having a fuel gas processing device and a fuel cell power generation system having a fuel gas processing device.

燃料電池発電システムを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows a fuel cell power generation system. 改質装置付近を模式的に示す構成図である。It is a block diagram which shows typically the reformer vicinity. 触媒燃焼部を模式的に示す構成図である。It is a block diagram which shows a catalyst combustion part typically. 触媒燃焼部を異なる方向から模式的に示す構成図である。It is a block diagram which shows a catalyst combustion part typically from a different direction. 可燃範囲と断熱燃焼温度との関係を示すと共に、着火操作から増量操作に移行させる形態を示すグラフである。It is a graph which shows the form of making it transfer to ignition operation from ignition operation while showing the relationship between a combustible range and adiabatic combustion temperature. 触媒燃焼制御部が実行するフローチャートの一例である。It is an example of the flowchart which a catalyst combustion control part performs. 実施例2に係り、改質装置付近を模式的に示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram schematically showing the vicinity of a reformer according to a second embodiment. 実施例2に係り、改質装置付近を模式的に示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram schematically showing the vicinity of a reformer according to a second embodiment. 実施例3に係り、触媒燃焼制御部が実行するフローチャートの一例である。12 is an example of a flowchart executed by the catalytic combustion control unit according to the third embodiment. 実施例4に係り、触媒燃焼制御部が実行するフローチャートの一例である。12 is an example of a flowchart executed by the catalytic combustion control unit according to the fourth embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1はスタック、10は燃料極、11は酸化剤極、2は改質部(ガス供給部)、20は改質部本体、3はシフト部(一酸化炭素低減部)、4はCO浄化部(一酸化炭素低減部)、5は触媒燃焼部、5cは触媒、50は触媒燃焼部本体、59は電気ヒータ(活性化促進手段)、87は凝縮器、100は触媒燃焼制御部、200は燃焼排ガス通路(活性化促進手段)を示す。   1 is a stack, 10 is a fuel electrode, 11 is an oxidizer electrode, 2 is a reforming unit (gas supply unit), 20 is a reforming unit body, 3 is a shift unit (carbon monoxide reduction unit), and 4 is a CO purification unit. (Carbon monoxide reduction part), 5 is a catalyst combustion part, 5c is a catalyst, 50 is a catalyst combustion part main body, 59 is an electric heater (activation promoting means), 87 is a condenser, 100 is a catalyst combustion control part, 200 is A combustion exhaust gas passage (activation promoting means) is shown.

Claims (8)

一酸化炭素を含み得る燃料ガスを供給するガス供給部と、
触媒を有し燃料ガスを触媒で酸化反応させる触媒燃焼部とを具備している燃料ガス処理装置において、
前記触媒燃焼部に供給される前の燃料ガスに含まれている一酸化炭素を低減させて、前記触媒燃焼部における着火性を高める一酸化炭素低減部を具備することを特徴とする燃料ガス処理装置。
A gas supply for supplying a fuel gas that may contain carbon monoxide;
In a fuel gas processing apparatus having a catalyst and a catalytic combustion section that oxidizes the fuel gas with the catalyst,
A fuel gas treatment comprising a carbon monoxide reduction unit that reduces carbon monoxide contained in the fuel gas before being supplied to the catalyst combustion unit, thereby improving ignitability in the catalyst combustion unit. apparatus.
請求項1において、起動時において前記一酸化炭素低減部の温度がこれの活性化温度領域に到達する時間を促進させる活性化促進手段が設けられていることを特徴とする燃料ガス処理装置。   2. The fuel gas processing apparatus according to claim 1, further comprising an activation promoting means for accelerating a time for the temperature of the carbon monoxide reducing unit to reach an activation temperature region at the time of startup. 請求項1または2において、前記ガス供給部は、改質原料を改質させて改質ガスを燃料ガスとして生成する改質部本体と、燃焼により前記改質部本体を加熱する燃焼部とを有しており、且つ、
前記一酸化炭素低減部は、前記改質部本体および/または前記燃焼部からの熱が伝達される位置に伝熱可能に配設されていることを特徴とする燃料ガス処理装置。
3. The gas supply unit according to claim 1, wherein the gas supply unit includes a reforming unit body that reforms a reforming raw material to generate a reformed gas as a fuel gas, and a combustion unit that heats the reforming unit body by combustion. Have and
The fuel gas processing apparatus, wherein the carbon monoxide reduction unit is arranged to be capable of transferring heat to a position where heat from the reforming unit main body and / or the combustion unit is transmitted.
請求項2または3において、前記活性化促進手段は、前記改質部の前記燃焼部から燃焼排ガスを前記一酸化炭素低減部に供給し燃焼排ガスの熱により前記一酸化炭素低減部を加熱する燃焼排ガス通路を有していることを特徴とする燃料ガス処理装置。   4. The combustion according to claim 2, wherein the activation promoting means supplies combustion exhaust gas from the combustion section of the reforming section to the carbon monoxide reduction section and heats the carbon monoxide reduction section with heat of the combustion exhaust gas. A fuel gas processing apparatus having an exhaust gas passage. 請求項2〜4のうちのいずれか一項において、前記活性化促進手段は、前記一酸化炭素低減部を加熱する加熱部であることを特徴とする燃料ガス処理装置。   5. The fuel gas processing apparatus according to claim 2, wherein the activation promoting unit is a heating unit that heats the carbon monoxide reduction unit. 6. 請求項2〜5のうちのいずれか一項において、前記活性化促進手段は、起動時に前記一酸化炭素低減部に酸素を供給することを特徴とする燃料ガス処理装置。   6. The fuel gas processing apparatus according to claim 2, wherein the activation promoting unit supplies oxygen to the carbon monoxide reduction unit at the time of startup. 請求項2〜請求項6のうちのいずれか一項において、前記活性化促進手段は、水素及び一酸化炭素を含む燃料ガスを前記触媒燃焼部に導入する導入手段と、水素及び一酸化炭素を含む燃料ガスを前記導入手段により前記触媒燃焼部に導入する前に、酸素を主成分とするガスを前記触媒燃焼部に供給する酸素供給手段とを具備していることを特徴とする燃料ガス処理装置。   In any one of Claims 2-6, the said activation promotion means is the introduction means which introduce | transduces the fuel gas containing hydrogen and carbon monoxide into the said catalyst combustion part, Hydrogen and carbon monoxide. A fuel gas treatment comprising oxygen supply means for supplying a gas containing oxygen as a main component to the catalyst combustion section before introducing the fuel gas into the catalyst combustion section by the introduction means. apparatus. 請求項1〜請求項7のうちのいずれか一項において、燃料ガスは水素を含有することを特徴とする燃料ガス処理装置。   The fuel gas processing apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the fuel gas contains hydrogen.
JP2005049709A 2005-02-16 2005-02-24 Fuel gas treating equipment Withdrawn JP2006233011A (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005049709A JP2006233011A (en) 2005-02-24 2005-02-24 Fuel gas treating equipment
DE112006000399T DE112006000399T5 (en) 2005-02-16 2006-02-16 Fuel gas processing device
US11/884,019 US20080112859A1 (en) 2005-02-16 2006-02-16 Fuel Gas Processing Apparatus
PCT/JP2006/303214 WO2006088234A1 (en) 2005-02-16 2006-02-16 Fuel gas processing apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005049709A JP2006233011A (en) 2005-02-24 2005-02-24 Fuel gas treating equipment

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006233011A true JP2006233011A (en) 2006-09-07

Family

ID=37041020

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005049709A Withdrawn JP2006233011A (en) 2005-02-16 2005-02-24 Fuel gas treating equipment

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006233011A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008135268A (en) * 2006-11-28 2008-06-12 Kyocera Corp Starting method of fuel cell device
JP2010515644A (en) * 2007-01-09 2010-05-13 エネルダイ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング Reforming system, method for operating the reforming system, and fuel cell system
JP2011096595A (en) * 2009-11-02 2011-05-12 Jx Nippon Oil & Energy Corp Combustion device, fuel cell system, and ignition determination method for combustion portion
JP2012224484A (en) * 2011-04-15 2012-11-15 Babcock Hitachi Kk Shift reaction apparatus and gas turbine plant
US10096849B2 (en) 2014-04-25 2018-10-09 Panasonic Corporation Solid oxide fuel cell system

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008135268A (en) * 2006-11-28 2008-06-12 Kyocera Corp Starting method of fuel cell device
JP2010515644A (en) * 2007-01-09 2010-05-13 エネルダイ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング Reforming system, method for operating the reforming system, and fuel cell system
JP2011096595A (en) * 2009-11-02 2011-05-12 Jx Nippon Oil & Energy Corp Combustion device, fuel cell system, and ignition determination method for combustion portion
JP2012224484A (en) * 2011-04-15 2012-11-15 Babcock Hitachi Kk Shift reaction apparatus and gas turbine plant
US10096849B2 (en) 2014-04-25 2018-10-09 Panasonic Corporation Solid oxide fuel cell system
US10629926B2 (en) 2014-04-25 2020-04-21 Panasonic Corporation Solid oxide fuel cell system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3826770B2 (en) Fuel reforming system
KR100427165B1 (en) Hydrogen generator
JP5705414B2 (en) Fuel cell system
US20030154654A1 (en) Direct water vaporization for fuel processor startup and transients
KR100999878B1 (en) Fuel cell system and method for the operation of a reformer
JP5589641B2 (en) Fuel cell system
US10629926B2 (en) Solid oxide fuel cell system
JP2006233011A (en) Fuel gas treating equipment
JP2002198083A (en) Fuel cell system with reforming reactor
JP2007059212A (en) Fuel cell power generating system and heat exchanger built-in type catalyst combustion device
JP5611709B2 (en) Fuel cell system
JP5116997B2 (en) Fuel cell reformer
JP4614515B2 (en) Fuel cell reformer
JP2006225192A (en) Reformer
JP4375252B2 (en) Catalytic combustion device
JP2004149407A (en) Hydrogen generating apparatus and power generating apparatus using the same
JP5725851B2 (en) Fuel cell device
US20080112859A1 (en) Fuel Gas Processing Apparatus
JP2005353347A (en) Fuel cell system
JP2008303099A (en) Fuel cell reformer
JP2008081331A (en) Reformer
JP5818456B2 (en) Fuel cell device
JP5737581B2 (en) Fuel cell system
JP7344723B2 (en) fuel cell system
JP2005281097A (en) Reforming apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070710

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20090908

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20090910