JP2007191335A - 改質システム、発電システム及び改質システムの制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る改質システム10は、燃料ガスの流入口と改質ガスの流出口とを有する第1,第2の改質器11,12と、第1の改質器11(又は第2の改質器12)の流出口から第2の改質器12(第1の改質器11)の流入口に通じる第2の連結ガス流路18(又は第1の連結ガス流路17)と、を備えている。
【選択図】図1
Description
本発明の目的は、上記のような改質器を用いる場合において、改質器の停止動作時において改質器の改質触媒の活性が低下するのを抑制し、改質触媒の活性を良好に維持することである。
燃料ガスが供給され、前記燃料ガスを改質して水素を含む改質ガスを生成する複数の改質器と、
前記複数の改質器の各々に設けられる前記燃料ガスの流入口および前記改質ガスの流出口と、
前記複数の改質器の各々の前記流入口に接続され、前記燃料ガスを流入させる複数の流入ガス流路と、
前記複数の改質器の各々の前記流出口に接続され、前記改質ガスを流出させる複数の流出ガス流路と、
前記複数の改質器における少なくとも2つの前記改質器において、各々の前記改質器の前記流入口と前記流出口とを互いに連結し、前記各改質器により生成される前記改質ガスの一部を流通させるように設けられる複数の連結ガス流路と、
を備えることを特徴とする。
請求項1に記載の改質システムにおいて、
前記改質器を2つ有し、
前記複数の連結ガス流路は、一方の前記改質器の前記流入口と他方の前記改質器の前記流出口とを連結する第1の連結ガス流路と、他方の前記改質器の前記流入口と一方の前記改質器の前記流出口とを連結する第2の連結ガス流路と、を備えることを特徴とする。
請求項1に記載の改質システムにおいて、
前記改質器を2つ有し、
当該改質システムの定常動作時においては、前記各改質器を全て動作状態とし、
当該改質システムの停止動作時および起動動作時においては、前記各改質器を順次停止状態および動作状態にするとともに、前記連結ガス流路を介して一方の前記改質器から他方の前記改質器に前記改質ガスを流通させ、
当該改質システムの停止動作時と起動動作時とにおいて、前記連結ガス流路を介して前記改質ガスを流通させる前記改質器を交互に変えることを特徴とする。
請求項3に記載の改質システムにおいて、
前記複数の流入ガス流路の各々に設けられ、前記燃料ガスの流入を遮断又は許容する第1のバルブと、
前記複数の流出ガス流路の各々に設けられ、前記改質ガスの流出を遮断又は許容する第2のバルブと、
前記複数の連結ガス流路の各々の中途部に設けられ、前記改質ガスの流通を遮断又は許容する第3のバルブと、
前記複数の改質器の動作状態および前記第1〜第3のバルブの開閉動作を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする。
請求項4に記載の改質システムにおいて、
前記制御部は、
当該改質システムの停止動作時において、一方の前記改質器への前記燃料ガスの流入を停止させ、他方の前記改質器からの前記改質ガスの一部を該一方の改質器に流入させるとともに、該一方の改質器を降温させ、該一方の改質器が停止状態となった後、前記他方の改質器への前記燃料ガスの流入を停止させ、該他方の改質器を降温させて停止状態とし、
当該改質システムの起動動作時において、前記一方の改質器へ前記燃料ガスを流入させ、該一方の改質器を昇温させるとともに、該一方の改質器からの前記改質ガスの一部を前記他方の改質器に流入させ、該一方の改質器が動作状態となった後、前記他方の改質器へ前記燃料ガスを流入させ、該他方の改質器を動作状態とするように、前記各改質器の動作および前記第1〜第3のバルブの開閉動作を制御することを特徴とする。
請求項1に記載の改質システムにおいて、
前記改質器を3つ以上有し、
前記複数の連結ガス流路は、改質器の各々の前記流入口に接続される複数の流入口側連結ガス流路と、前記複数の改質器の各々の前記流出口に接続される複数の流出口側連結ガス流路と、前記複数の流入口側連結ガス流路と前記複数の流出口側連結ガス流路との間に設けられ、前記各流入口側連結ガス流路と前記各流出口側連結ガス流路との接続経路を切り替える合流・分岐路と、を備えることを特徴とする。
請求項6に記載の改質システムにおいて、
前記複数の流入ガス流路の各々に設けられ、前記燃料ガスの流入を遮断又は許容する第1のバルブと、
前記複数の流出ガス流路の各々に設けられ、前記改質ガスの流出を遮断又は許容する第2のバルブと、
前記複数の流入口側連結ガス流路の各々の中途部に設けられ、前記改質ガスの流通を遮断又は許容する第3のバルブと、
前記複数の改質器の動作、前記第1〜第3のバルブの開閉動作および前記合流・分岐路における経路接続状態を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする。
請求項7に記載の改質システムにおいて、
前記制御部は、
当該改質システムの定常動作時においては、前記各改質器へ前記燃料ガスを流入させて動作状態とし、
当該改質システムの停止動作時および起動動作時においては、前記各改質器を1つまたは複数毎に順次停止状態および動作状態にするとともに、前記連結ガス流路を介して前記改質ガスを流通させ、
当該改質システムの停止動作時と起動動作時とにおいて、前記各改質器を停止状態にする順序と動作状態にする順序を同じにするとともに、前記連結ガス流路を通じて前記改質ガスを流入させる前記改質器を逆転させるように、前記複数の改質器の動作状態、前記第1〜第3のバルブの開閉動作および前記合流・分岐路における経路接続状態を制御することを特徴とする。
請求項1に記載の改質システムにおいて、
前記複数の流入ガス流路の各々に設けられ、前記燃料ガスの流入を遮断又は許容する第1のバルブと、
前記複数の流出ガス流路の各々に設けられ、前記改質ガスの流出を遮断又は許容する第2のバルブと、
前記複数の連結ガス流路の各々の中途部に設けられ、前記改質ガスの流通を遮断又は許容する第3のバルブと、
前記複数の流出ガス流路を介して全ての前記改質器から流出した前記改質ガス中の水素の量を測定する測定手段と、
当該改質システムの停止動作時および起動動作持において、前記測定手段の測定結果に基づいて前記連結ガス流路を通じて前記改質ガスを流入させる前記改質器を選択して、前記複数の改質器の動作および前記第1〜第3のバルブの開閉動作を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする。
少なくとも、燃料ガスが供給され、前記燃料ガスを改質して水素を含む改質ガスを生成する複数の改質器と、前記複数の改質器の各々に設けられる前記燃料ガスの流入口および前記改質ガスの流出口と、前記複数の改質器の各々の前記流入口に接続され、前記燃料ガスを流入させる複数の流入ガス流路と、前記複数の改質器の各々の前記流出口に接続され、前記改質ガスを流出させる複数の流出ガス流路と、前記複数の改質器における少なくとも2つの前記改質器において、各々の前記改質器の前記流入口と前記流出口とを互いに連結し、前記各改質器により生成される前記改質ガスの一部を流通させるように設けられる複数の連結ガス流路と、を備える改質システムと、
前記改質システムから前記改質ガスの供給を受けて電気エネルギーを生成する燃料電池と、
を備えることを特徴とする。
請求項10に記載の発電システムにおいて、
前記改質システムは前記改質器を2つ有し、
前記改質システムの定常動作時においては、前記各改質器を全て動作状態とし、
前記改質システムの停止動作時および起動動作時においては、前記各改質器を順次停止状態および動作状態にするとともに、前記連結ガス流路を介して一方の改質器から他方の改質器に改質ガスを流通させ、
前記改質システムの停止動作時と起動動作時とにおいて、前記連結ガス流路を介して改質ガスを流通させる改質器を交互に変えることを特徴とする。
請求項10に記載の発電システムにおいて、
前記改質システムは前記改質器を3つ以上有し、
前記改質システムの停止動作時および起動動作時において、前記各改質器を順次停止状態および動作状態にするとともに、前記連結ガス流路を介して前記改質ガスを流通させ、
前記改質システムの停止動作時と起動動作時とにおいて、前記各改質器を停止状態にする順序と動作状態にする順序を同じにするとともに、前記連結ガス流路を通じて前記改質ガスを流入させる前記改質器を逆転させることを特徴とする。
燃料ガスが供給され、前記燃料ガスを改質して水素を含む改質ガスを生成し、前記燃料ガスの流入口および前記改質ガスの流出口を有する複数の改質器を備える改質システムの制御方法であって、
前記改質システムの動作時においては、前記複数の改質器を全て動作状態にさせ、
前記複数の改質器における少なくとも2つの改質器において、
当該改質システムを停止させるとき、動作状態にある一方の前記改質器から前記改質ガスの一部を他方の前記改質器の前記流入口に流通させながら当該他方の改質器を停止状態にさせ、次いで、一方の前記各改質器を停止状態にさせ、
当該改質システムを起動させるとき、前記一方の改質器を起動状態にさせ、次いで、当該一方の改質器から前記改質ガスの一部を前記他方の改質器の前記流入口に流通させながら当該改質器を起動状態にさせる、
ことを特徴とする。
始めに、図1〜図5を参照しながら、本発明に係る改質システム10を搭載した小型の発電システム1の構成について説明する。
図1に示す通り、発電システム1は、燃料と水を貯留した燃料容器2と、燃料と水を気化させて燃料ガス(燃料と水との混合気)を生成する気化器3と、燃料ガスを改質ガスに改質する改質システム10と、改質ガス中の一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器4と、改質ガス中の水素を用いて電気エネルギーを生成する燃料電池5とを、備えている。
CH3OH+H2O→3H2+CO2 … (1)
H2+CO2→H2O+CO … (2)
2CO+O2→2CO2 … (3)
H2→2H++2e- … (4)
2H++1/2O2+2e-→H2O … (5)
図2に示す通り、第1の改質器11には、燃料ガスを当該第1の改質器11に流入させる第1の流入ガス流路13と、生成された改質ガスを当該第1の改質器11から外部に流出させる第1の流出ガス流路14とが連結されている。第2の改質器12にも、第1の改質器11と同様に、第2の流入ガス流路15と第2の流出ガス流路16とが連結されている。
図4(a)に示す通り、基板21(他方の基板22との接合面の反対の面)上には例えば葛折り状のヒータ23が配設されている。ヒータ23は、電気抵抗性発熱体,半導体性発熱体等を薄膜状に成膜したものである。
図5(a),(b)に示す通り、基板22には2つの貫通孔25,26が形成されている。一方の貫通孔25は溝24の一端部24a(図4(c)参照)に対応する位置に形成されており、他方の貫通孔26は溝24の他端部24b(図4(c)参照)に対応する位置に形成されている。
本第2の実施形態に係る発電システムでは、上記改質システム10に相当する改質システムが第1の実施形態に係る改質システム10と下記の点で異なっており、それ以外は上記発電システム1と同様となっている。
図11に示す通り、改質システム50はn(n:3以上)個の第1〜第nの改質器R1〜Rnと、それに対応するn個又はn本のバルブA1〜An,B1〜Bn,C1〜Cn、第1〜第nの流入ガス流路D1〜Dn、第1〜第nの流出ガス流路E1〜En、第1〜第nの流入口側連結ガス流路F1〜Fn、第1〜第nの流出口側連結ガス流路G1〜Gnとを、備えている。
また、上記においては、改質システムの停止・起動動作時において、複数の改質器毎に停止、起動動作を行うこととしたが、例えば、1つの改質器毎に順次停止、起動動作を行うこととしてもよい。
2 燃料容器
3 気化器
4 一酸化炭素除去器
5 燃料電池
10 改質システム
11,12 第1,第2の改質器
13,15 第1,第2の流入ガス流路
14,16 第1,第2の流出ガス流路
17,18 第1,第2の連結ガス流路
13a〜18a バルブ
19 制御部
25 貫通孔(流入口)
26 貫通孔(流出口)
50 改質システム
60 合流・分岐路
R1〜Rn 第1〜第nの改質器
A1〜An,B1〜Bn,C1〜Cn バルブ
D1〜Dn 第1〜第nの流入ガス流路
E1〜En 第1〜第nの流出ガス流路
F1〜Fn 第1〜第nの流入口側連結ガス流路
G1〜Gn 第1〜第nの流出口側連結ガス流路
Claims (13)
- 燃料ガスが供給され、前記燃料ガスを改質して水素を含む改質ガスを生成する複数の改質器と、
前記複数の改質器の各々に設けられる前記燃料ガスの流入口および前記改質ガスの流出口と、
前記複数の改質器の各々の前記流入口に接続され、前記燃料ガスを流入させる複数の流入ガス流路と、
前記複数の改質器の各々の前記流出口に接続され、前記改質ガスを流出させる複数の流出ガス流路と、
前記複数の改質器における少なくとも2つの前記改質器において、各々の前記改質器の前記流入口と前記流出口とを互いに連結し、前記各改質器により生成される前記改質ガスの一部を流通させるように設けられる複数の連結ガス流路と、
を備えることを特徴とする改質システム。 - 請求項1に記載の改質システムにおいて、
前記改質器を2つ有し、
前記複数の連結ガス流路は、一方の前記改質器の前記流入口と他方の前記改質器の前記流出口とを連結する第1の連結ガス流路と、他方の前記改質器の前記流入口と一方の前記改質器の前記流出口とを連結する第2の連結ガス流路と、を備えることを特徴とする改質システム。 - 請求項1に記載の改質システムにおいて、
前記改質器を2つ有し、
当該改質システムの定常動作時においては、前記各改質器を全て動作状態とし、
当該改質システムの停止動作時および起動動作時においては、前記各改質器を順次停止状態および動作状態にするとともに、前記連結ガス流路を介して一方の前記改質器から他方の前記改質器に前記改質ガスを流通させ、
当該改質システムの停止動作時と起動動作時とにおいて、前記連結ガス流路を介して前記改質ガスを流通させる前記改質器を交互に変えることを特徴とする改質システム。 - 請求項3に記載の改質システムにおいて、
前記複数の流入ガス流路の各々に設けられ、前記燃料ガスの流入を遮断又は許容する第1のバルブと、
前記複数の流出ガス流路の各々に設けられ、前記改質ガスの流出を遮断又は許容する第2のバルブと、
前記複数の連結ガス流路の各々の中途部に設けられ、前記改質ガスの流通を遮断又は許容する第3のバルブと、
前記複数の改質器の動作状態および前記第1〜第3のバルブの開閉動作を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする改質システム。 - 請求項4に記載の改質システムにおいて、
前記制御部は、
当該改質システムの停止動作時において、一方の前記改質器への前記燃料ガスの流入を停止させ、他方の前記改質器からの前記改質ガスの一部を該一方の改質器に流入させるとともに、該一方の改質器を降温させ、該一方の改質器が停止状態となった後、前記他方の改質器への前記燃料ガスの流入を停止させ、該他方の改質器を降温させて停止状態とし、
当該改質システムの起動動作時において、前記一方の改質器へ前記燃料ガスを流入させ、該一方の改質器を昇温させるとともに、該一方の改質器からの前記改質ガスの一部を前記他方の改質器に流入させ、該一方の改質器が動作状態となった後、前記他方の改質器へ前記燃料ガスを流入させ、該他方の改質器を動作状態とするように、前記各改質器の動作および前記第1〜第3のバルブの開閉動作を制御することを特徴とする改質システム。 - 請求項1に記載の改質システムにおいて、
前記改質器を3つ以上有し、
前記複数の連結ガス流路は、改質器の各々の前記流入口に接続される複数の流入口側連結ガス流路と、前記複数の改質器の各々の前記流出口に接続される複数の流出口側連結ガス流路と、前記複数の流入口側連結ガス流路と前記複数の流出口側連結ガス流路との間に設けられ、前記各流入口側連結ガス流路と前記各流出口側連結ガス流路との接続経路を切り替える合流・分岐路と、を備えることを特徴とする改質システム。 - 請求項6に記載の改質システムにおいて、
前記複数の流入ガス流路の各々に設けられ、前記燃料ガスの流入を遮断又は許容する第1のバルブと、
前記複数の流出ガス流路の各々に設けられ、前記改質ガスの流出を遮断又は許容する第2のバルブと、
前記複数の流入口側連結ガス流路の各々の中途部に設けられ、前記改質ガスの流通を遮断又は許容する第3のバルブと、
前記複数の改質器の動作、前記第1〜第3のバルブの開閉動作および前記合流・分岐路における経路接続状態を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする改質システム。 - 請求項7に記載の改質システムにおいて、
前記制御部は、
当該改質システムの定常動作時においては、前記各改質器へ前記燃料ガスを流入させて動作状態とし、
当該改質システムの停止動作時および起動動作時においては、前記各改質器を1つまたは複数毎に順次停止状態および動作状態にするとともに、前記連結ガス流路を介して前記改質ガスを流通させ、
当該改質システムの停止動作時と起動動作時とにおいて、前記各改質器を停止状態にする順序と動作状態にする順序を同じにするとともに、前記連結ガス流路を通じて前記改質ガスを流入させる前記改質器を逆転させるように、前記複数の改質器の動作状態、前記第1〜第3のバルブの開閉動作および前記合流・分岐路における経路接続状態を制御することを特徴とする改質システム。 - 請求項1に記載の改質システムにおいて、
前記複数の流入ガス流路の各々に設けられ、前記燃料ガスの流入を遮断又は許容する第1のバルブと、
前記複数の流出ガス流路の各々に設けられ、前記改質ガスの流出を遮断又は許容する第2のバルブと、
前記複数の連結ガス流路の各々の中途部に設けられ、前記改質ガスの流通を遮断又は許容する第3のバルブと、
前記複数の流出ガス流路を介して全ての前記改質器から流出した前記改質ガス中の水素の量を測定する測定手段と、
当該改質システムの停止動作時および起動動作持において、前記測定手段の測定結果に基づいて前記連結ガス流路を通じて前記改質ガスを流入させる前記改質器を選択して、前記複数の改質器の動作および前記第1〜第3のバルブの開閉動作を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする改質システム。 - 少なくとも、燃料ガスが供給され、前記燃料ガスを改質して水素を含む改質ガスを生成する複数の改質器と、前記複数の改質器の各々に設けられる前記燃料ガスの流入口および前記改質ガスの流出口と、前記複数の改質器の各々の前記流入口に接続され、前記燃料ガスを流入させる複数の流入ガス流路と、前記複数の改質器の各々の前記流出口に接続され、前記改質ガスを流出させる複数の流出ガス流路と、前記複数の改質器における少なくとも2つの前記改質器において、各々の前記改質器の前記流入口と前記流出口とを互いに連結し、前記各改質器により生成される前記改質ガスの一部を流通させるように設けられる複数の連結ガス流路と、を備える改質システムと、
前記改質システムから前記改質ガスの供給を受けて電気エネルギーを生成する燃料電池と、
を備えることを特徴とする発電システム。 - 請求項10に記載の発電システムにおいて、
前記改質システムは前記改質器を2つ有し、
前記改質システムの定常動作時においては、前記各改質器を全て動作状態とし、
前記改質システムの停止動作時および起動動作時においては、前記各改質器を順次停止状態および動作状態にするとともに、前記連結ガス流路を介して一方の改質器から他方の改質器に改質ガスを流通させ、
前記改質システムの停止動作時と起動動作時とにおいて、前記連結ガス流路を介して改質ガスを流通させる改質器を交互に変えることを特徴とする発電システム。 - 請求項10に記載の発電システムにおいて、
前記改質システムは前記改質器を3つ以上有し、
前記改質システムの停止動作時および起動動作時において、前記各改質器を順次停止状態および動作状態にするとともに、前記連結ガス流路を介して前記改質ガスを流通させ、
前記改質システムの停止動作時と起動動作時とにおいて、前記各改質器を停止状態にする順序と動作状態にする順序を同じにするとともに、前記連結ガス流路を通じて前記改質ガスを流入させる前記改質器を逆転させることを特徴とする発電システム。 - 燃料ガスが供給され、前記燃料ガスを改質して水素を含む改質ガスを生成し、前記燃料ガスの流入口および前記改質ガスの流出口を有する複数の改質器を備える改質システムの制御方法であって、
前記改質システムの動作時においては、前記複数の改質器を全て動作状態にさせ、
前記複数の改質器における少なくとも2つの改質器において、
当該改質システムを停止させるとき、動作状態にある一方の前記改質器から前記改質ガスの一部を他方の前記改質器の前記流入口に流通させながら当該他方の改質器を停止状態にさせ、次いで、一方の前記各改質器を停止状態にさせ、
当該改質システムを起動させるとき、前記一方の改質器を起動状態にさせ、次いで、当該一方の改質器から前記改質ガスの一部を前記他方の改質器の前記流入口に流通させながら当該改質器を起動状態にさせる、
ことを特徴とする改質システムの制御方法。
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