JP2008063159A - Method for stopping reformer, reformer, and fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for stopping a reformer, a reformer, and a fuel cell system in which deterioration can be suppressed while reducing consumption of resources. <P>SOLUTION: A reformer 10 comprises a reforming part 21 for forming first reformed gas j which introduces material gas r and water s and is rich in hydrogen, a carbon monoxide reduction part 22 which produces second reformed gas g having low concentration of carbon monoxide from the first reformed gas j, a water pipe 25 which is disposed at a position to receive heat from the carbon monoxide reduction part 22 and flows water s to be supplied to the reforming part 21, and an air conduit 16 which is formed so that air a after flowing through a part adjoining the reforming part 21 flows a part adjoining the carbon monoxide reduction part 22 to move the heat of the reforming part 21 to the carbon monoxide reduction part 22. The reformer 10 evaporates the water s adjoining the carbon monoxide reduction part 22 to suppress the reduction of the internal pressure of the reforming part 21 and the carbon monoxide reduction part 22 which are sealed in the state that they are communicated with each other. The fuel cell system comprises the reformer 10 and a fuel cell. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は改質器の停止方法、改質器及び燃料電池システムに関し、特に資源の消費を低減しつつ劣化を抑制することができる改質器の停止方法、改質器及びこの改質器を備える燃料電池システムに関する。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a reformer stopping method, a reformer, and a fuel cell system, and more particularly to a reformer stopping method, a reformer, and this reformer that can suppress deterioration while reducing resource consumption. The present invention relates to a fuel cell system provided.

水素と酸素とを使用して、これらの電気化学的反応により発電する燃料電池は、環境に優しい発電装置として注目されている。燃料電池は発電に水素を必要とするが、水素自体を供給するインフラが普及していないことから入手が比較的困難であるため、都市ガスや灯油等の原料を改質して燃料電池の発電に用いる水素を含む水素リッチガス(改質ガス)を生成する改質器を燃料電池に併設した燃料電池システムが構築されることが多い。改質器の一例として、原料と水とを導入し約600℃の高温下で原料を水蒸気改質するものがある。一般に、改質器内には改質反応を促進させる触媒が充填されている。   A fuel cell that uses hydrogen and oxygen to generate electric power through these electrochemical reactions has attracted attention as an environmentally friendly power generator. Fuel cells require hydrogen for power generation, but because the infrastructure for supplying hydrogen itself is not widespread, it is relatively difficult to obtain, so reforming raw materials such as city gas and kerosene to generate power for fuel cells In many cases, a fuel cell system is built in which a reformer that generates a hydrogen-rich gas (reformed gas) containing hydrogen to be used in the fuel cell is attached to the fuel cell. An example of a reformer is one that introduces a raw material and water and reforms the raw material with steam at a high temperature of about 600 ° C. In general, the reformer is filled with a catalyst for promoting the reforming reaction.

改質器における改質ガスの生成を停止する際、改質器が冷えて内部の水蒸気が結露すると、改質器内の圧力が低下して外部から空気が侵入してくることになり、この侵入してきた空気あるいは結露水により、改質器内の触媒が劣化することがある。特別な装置を用いずに改質器内の触媒の劣化を防ぐため、改質器を停止する際に、水蒸気と共に供給されていた原料の供給が停止された後にも所定の時間だけ水蒸気の供給を流量制御しながら継続することにより改質部を冷却すると共に改質部内に残留している改質ガスをパージし、水蒸気の供給を停止した際に原料の供給を再開し所定の時間だけ原料の供給を流量制御しながら継続することにより改質部内に残留する水蒸気が改質部内で凝縮することを防ぐ改質器がある(例えば、特許文献1参照。)。
特開2003−288930号公報(段落0011等)
When stopping the generation of reformed gas in the reformer, if the reformer cools and the water vapor in the interior dew condensation, the pressure in the reformer drops and air enters from the outside. The catalyst in the reformer may be deteriorated by the air or condensed water that has entered. In order to prevent the catalyst in the reformer from deteriorating without using a special device, when the reformer is stopped, the steam is supplied for a predetermined time after the supply of the raw material supplied with the steam is stopped. The reforming part is cooled by continuing the flow control while purging the reformed gas remaining in the reforming part, and when the supply of water vapor is stopped, the supply of the raw material is resumed and the raw material is supplied for a predetermined time. There is a reformer that prevents the water vapor remaining in the reforming unit from condensing in the reforming unit by continuing the supply of the gas while controlling the flow rate (see, for example, Patent Document 1).
JP 2003-288930 A (paragraph 0011 etc.)

しかしながら、改質器の触媒が高温であるときに原料の供給を再開すると原料の炭化水素が熱分解され炭素が析出して改質器の性能が低下する。このため、改質器の停止後も原料の炭化水素が熱分解を起こさない温度になるまで水蒸気を供給し続けると、それだけ余分に資源を消費することとなる。原料の炭化水素が熱分解を起こさない温度まで低下する前に改質器内が負圧になった場合は、外部の空気が改質器内に侵入し、触媒が劣化することとなる。   However, if the supply of the raw material is resumed when the catalyst of the reformer is at a high temperature, the raw material hydrocarbon is pyrolyzed and carbon is deposited, so that the performance of the reformer deteriorates. For this reason, if the steam is continuously supplied until the hydrocarbon of the raw material reaches a temperature at which thermal decomposition does not occur even after the reformer is stopped, extra resources are consumed. If the inside of the reformer becomes negative pressure before the raw material hydrocarbon is lowered to a temperature at which thermal decomposition does not occur, external air enters the reformer and the catalyst deteriorates.

本発明は上述の課題に鑑み、資源の消費を低減しつつ劣化を抑制することができる改質器の停止方法、改質器及び燃料電池システムを提供することを目的とする。   In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a reformer stopping method, a reformer, and a fuel cell system that can suppress deterioration while reducing resource consumption.

上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明に係る改質器の停止方法は、例えば図1及び図3に示すように、原料ガスrと水sとを導入し原料ガスrを水蒸気改質して水素に富む第1の改質ガスjを生成する改質部21と、第1の改質ガスjを導入し第1の改質ガスjよりも一酸化炭素濃度が低い第2の改質ガスgを生成する一酸化炭素低減部22と、を有する改質器10を停止する方法であって;原料ガスr及び水sの改質部21への供給を停止する工程(ST1)と;互いに連通した状態の改質部21と一酸化炭素低減部22とを密封する工程(ST2)と;改質部21が保有する熱を一酸化炭素低減部22に移動させ、一酸化炭素低減部22に隣接し改質部21と連通する水管25内の水sを気化させて、互いに連通した状態で密封された改質部21及び一酸化炭素低減部22の内部圧力の低下を抑制する工程(ST5)とを備える。ここで、改質部21と一酸化炭素低減部22とが「互いに連通した状態」とは、少なくとも、一方の内部圧力が増加(減少)したときに、他方の内部圧力も増加(減少)するように両者が連なっている状態である。   In order to achieve the above object, the reformer stopping method according to the invention described in claim 1 introduces a raw material gas r and water s and introduces the raw material gas r as shown in FIGS. A reforming unit 21 that generates a first reformed gas j rich in hydrogen by steam reforming, and a carbon monoxide concentration lower than that of the first reformed gas j by introducing the first reformed gas j. A carbon monoxide reduction unit 22 that generates the second reformed gas g, and a method of stopping the reformer 10; a step of stopping the supply of the raw material gas r and water s to the reforming unit 21 ( ST1); sealing the reforming unit 21 and the carbon monoxide reduction unit 22 in communication with each other (ST2); transferring the heat held by the reforming unit 21 to the carbon monoxide reduction unit 22, The water s in the water pipe 25 adjacent to the carbon oxide reduction unit 22 and communicating with the reforming unit 21 is vaporized and communicated with each other. And a step (ST5) to suppress a decrease in sealing the internal pressure of the reforming section 21 and the carbon monoxide reducing unit 22. Here, the state in which the reforming unit 21 and the carbon monoxide reduction unit 22 are in communication with each other means that at least when one internal pressure increases (decreases), the other internal pressure also increases (decreases). In this way, both are connected.

このように構成すると、改質部が保有する熱を一酸化炭素低減部に移動させ、一酸化炭素低減部に隣接し改質部と連通する水管内の水を気化させて、互いに連通した状態で密封された改質部及び一酸化炭素低減部の内部圧力の低下を抑制するので、新たに水蒸気等の資源を供給することなく、外部の空気が改質器内に侵入することに起因して触媒が劣化すること防ぐことができる。   When configured in this manner, the heat held by the reforming unit is transferred to the carbon monoxide reduction unit, the water in the water pipe adjacent to the carbon monoxide reduction unit and communicating with the reforming unit is vaporized, and communicated with each other The internal pressure of the reforming section and the carbon monoxide reduction section sealed with is suppressed, so that external air enters the reformer without newly supplying water and other resources. Thus, the catalyst can be prevented from deteriorating.

また、請求項2に記載の発明に係る改質器の停止方法は、例えば図1及び図3に示すように、請求項1に記載の改質器の停止方法において、互いに連通した状態で密封された改質部21及び一酸化炭素低減部22の内部圧力を検出する工程(ST3)と;改質部21の温度を検出する工程(ST4)とを備え;内部圧力が所定の圧力以下の場合であって、かつ、改質部21の温度が所定の温度以上のときに改質部21が保有する熱を一酸化炭素低減部22に移動させ(ST5)、改質部21の温度が所定の温度未満のときに改質部21に原料ガスrを封入する(ST6)ように構成されている。   Further, the reformer stopping method according to the invention described in claim 2 is, for example, as shown in FIGS. 1 and 3, in the reformer stopping method according to claim 1, the reformer is sealed in a state of being in communication with each other. A step (ST3) for detecting the internal pressure of the reforming unit 21 and the carbon monoxide reduction unit 22 that has been performed; and a step (ST4) for detecting the temperature of the reforming unit 21; When the temperature of the reforming unit 21 is equal to or higher than a predetermined temperature, the heat held by the reforming unit 21 is moved to the carbon monoxide reduction unit 22 (ST5), and the temperature of the reforming unit 21 is The raw material gas r is enclosed in the reforming section 21 when the temperature is lower than the predetermined temperature (ST6).

このように構成すると、改質部の温度が所定の温度未満のときに改質部に原料ガスを封入するので、簡潔な構成で原料ガスの熱分解を生じさせることなく内部圧力の低下を抑制することができる。   With this configuration, since the raw material gas is sealed in the reforming unit when the temperature of the reforming unit is lower than a predetermined temperature, the reduction of the internal pressure is suppressed without causing thermal decomposition of the raw material gas with a simple configuration. can do.

上記目的を達成するために、請求項3に記載の発明に係る改質器は、例えば図1に示すように、原料ガスrと水sとを導入し原料ガスrを水蒸気改質して水素に富む第1の改質ガスjを生成する改質部21と;第1の改質ガスjを導入し、第1の改質ガスjよりも一酸化炭素濃度が低い第2の改質ガスgを生成する一酸化炭素低減部22と;一酸化炭素低減部22から受熱する位置に配設され、改質部21に供給する水sを流す水管25とを備え;改質部21及び一酸化炭素低減部22に隣接するように形成された空気路16であって、改質部21に隣接する部分を流れた後の空気aが一酸化炭素低減部22に隣接する部分を流れるように空気路16が形成され;空気路16を流れる空気aによって改質部21の熱が一酸化炭素低減部22に移動するように構成されている。   In order to achieve the above object, a reformer according to a third aspect of the present invention includes a raw material gas r and water s as shown in FIG. A reforming section 21 that generates a first reformed gas j rich in the gas; a second reformed gas that introduces the first reformed gas j and has a lower carbon monoxide concentration than the first reformed gas j. a carbon monoxide reduction unit 22 that generates g; and a water pipe 25 that is disposed at a position where heat is received from the carbon monoxide reduction unit 22 and flows water s supplied to the reforming unit 21; The air passage 16 is formed so as to be adjacent to the carbon oxide reduction unit 22 so that the air a after flowing through the portion adjacent to the reforming unit 21 flows through the portion adjacent to the carbon monoxide reduction unit 22. An air passage 16 is formed; heat of the reforming unit 21 is transferred to the carbon monoxide reduction unit 22 by the air a flowing through the air passage 16. It is configured to movement.

このように構成すると、空気路を流れる空気によって改質部の熱が一酸化炭素低減部に移動し、一酸化炭素低減部から受熱した水管内の水が気化して改質部内の圧力低下が抑制され、外部の空気が改質器内に侵入することに起因して触媒が劣化すること防ぐことができる。   With this configuration, the heat in the reforming section moves to the carbon monoxide reduction section by the air flowing through the air passage, the water in the water pipe received from the carbon monoxide reduction section is vaporized, and the pressure drop in the reforming section is reduced. It is suppressed and the catalyst can be prevented from deteriorating due to external air entering the reformer.

また、請求項4に記載の発明に係る改質器は、例えば図1に示すように、請求項3に記載の改質器10において、燃料fを導入して燃焼させ、改質部21を加熱する改質熱を発生させる燃焼部11を備え;空気路16が、燃焼部11における燃焼によって生じた排ガスeを流す排ガス路を兼ねるように構成されている。   Further, the reformer according to the invention described in claim 4 is the reformer 10 according to claim 3, for example, as shown in FIG. Combustion section 11 for generating reforming heat to be heated is provided; air path 16 is configured to serve as an exhaust gas path for flowing exhaust gas e generated by combustion in combustion section 11.

このように構成すると、空気路が燃焼部における燃焼によって生じた排ガスを流す排ガス路を兼ねるので、改質器をコンパクトにすることができる。   If comprised in this way, since an air path serves as the exhaust gas path which flows the exhaust gas produced by the combustion in a combustion part, a reformer can be made compact.

また、請求項5に記載の発明に係る改質器は、例えば図1に示すように、請求項3又は請求項4に記載の改質器10において、改質部21に原料ガスrを供給する原料ガス供給手段31と;空気路16に空気aを供給する空気供給手段32と;改質部21及び一酸化炭素低減部22を密封する密封手段35、36、37、38と;改質部21及び一酸化炭素低減部22の少なくとも一方の圧力を検出する圧力検出手段41と;改質部21の温度を検出する温度検出手段42と;改質部21及び一酸化炭素低減部が22密封された状態で改質部21の圧力が所定の圧力以下の場合であって、かつ、改質部21の温度が所定の温度以上のときに空気路16に空気aを流し、改質部21の温度が所定の温度未満のときに改質部21に原料ガスrを封入するように、原料ガス供給手段31、空気供給手段32、及び密封手段35、36、37、38を制御する制御装置40とを備える。   Further, the reformer according to the invention described in claim 5 supplies the raw material gas r to the reforming section 21 in the reformer 10 according to claim 3 or claim 4, for example, as shown in FIG. Raw material gas supply means 31; air supply means 32 for supplying air a to the air passage 16; sealing means 35, 36, 37, 38 for sealing the reforming section 21 and the carbon monoxide reduction section 22; Pressure detecting means 41 for detecting the pressure of at least one of the part 21 and the carbon monoxide reducing part 22; a temperature detecting means 42 for detecting the temperature of the reforming part 21; and the reforming part 21 and the carbon monoxide reducing part 22 When the pressure of the reforming unit 21 is less than or equal to a predetermined pressure in a sealed state, and the temperature of the reforming unit 21 is equal to or higher than the predetermined temperature, the air a is allowed to flow through the air passage 16 and the reforming unit When the temperature of 21 is lower than a predetermined temperature, the raw material gas r is sealed in the reforming section 21. As to, and a control unit 40 for controlling the raw material gas supply means 31, the air supply means 32, and the sealing means 35, 36, 37, 38.

このように構成すると、改質器及び一酸化炭素低減部が密封された状態で改質部の圧力が所定の圧力以下の場合であって、かつ、改質部の温度が所定の温度以上のときに空気路に空気を流すので、空気路を流れる空気によって改質部の熱が一酸化炭素低減部に移動し、一酸化炭素低減部から受熱した水管内の水が気化して改質部内の圧力低下が抑制される。また、改質器及び一酸化炭素低減部が密封された状態で改質部の圧力が所定の圧力以下の場合であって、かつ、改質部の温度が所定の温度未満のときに改質部に原料ガスを封入するので、原料ガスの熱分解を生じさせることなく内部圧力の低下を抑制することができる。これらにより、外部の空気が改質器内に侵入することに起因して触媒が劣化すること防ぐことができる。   With this configuration, the reformer and the carbon monoxide reducing unit are sealed and the pressure of the reforming unit is equal to or lower than a predetermined pressure, and the temperature of the reforming unit is equal to or higher than the predetermined temperature. Sometimes air flows through the air passage, so that the air flowing through the air passage moves the heat of the reforming section to the carbon monoxide reduction section, and the water in the water pipe received from the carbon monoxide reduction section is vaporized. The pressure drop is suppressed. Further, when the reformer and the carbon monoxide reduction unit are sealed and the pressure of the reforming unit is equal to or lower than a predetermined pressure and the temperature of the reforming unit is lower than the predetermined temperature, reforming is performed. Since the raw material gas is sealed in the portion, it is possible to suppress a decrease in internal pressure without causing thermal decomposition of the raw material gas. As a result, it is possible to prevent the catalyst from deteriorating due to the outside air entering the reformer.

上記目的を達成するために、請求項6に記載の発明に係る燃料電池システムは、例えば図2に示すように、請求項3乃至請求項5のいずれか1項に記載の改質器10と;第2の改質ガスgと酸素を含有する酸化剤ガスtとを導入し、第2の改質ガスg中の水素と酸化剤ガス中tの酸素との電気化学的反応により発電する燃料電池60とを備える。   In order to achieve the above object, a fuel cell system according to a sixth aspect of the present invention includes a reformer 10 according to any one of the third to fifth aspects as shown in FIG. A fuel that introduces a second reformed gas g and an oxygen-containing oxidant gas t, and generates electric power by an electrochemical reaction between hydrogen in the second reformed gas g and oxygen in the oxidant gas t A battery 60.

このように構成すると、改質器の劣化を防止することができる燃料電池システムを提供することができる。   If comprised in this way, the fuel cell system which can prevent deterioration of a reformer can be provided.

本発明によれば、空気路を流れる空気によって改質部の熱が一酸化炭素低減部に移動し、一酸化炭素低減部から受熱した水管内の水が気化して改質部内の圧力低下が抑制され、外部の空気が改質器内に侵入することに起因して触媒が劣化すること防ぐことができる。   According to the present invention, the heat in the reforming section is moved to the carbon monoxide reduction section by the air flowing through the air passage, and the water in the water pipe received from the carbon monoxide reduction section is vaporized to reduce the pressure in the reforming section. It is suppressed and the catalyst can be prevented from deteriorating due to external air entering the reformer.

以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each drawing, the same or corresponding members are denoted by the same or similar reference numerals, and redundant description is omitted.

まず図1を参照して、本発明の第1の実施の形態に係る改質器10を説明する。図1は、改質器10の縦断面図である。改質器10は、原料ガスrの水蒸気改質に用いる改質熱を発生させる燃焼部11と、原料ガスrを水蒸気改質して第1の改質ガスとしての第1改質ガスjを生成する改質部21と、第1改質ガスjから一酸化炭素濃度を低減した第2の改質ガスとしての第2改質ガスgを生成する一酸化炭素低減部22と、原料ガスrの水蒸気改質に用いる水sを流す水管25とを備えている。一酸化炭素低減部22は、第1改質ガスj中の一酸化炭素を変成して第1改質ガスjから一酸化炭素が低減した変成ガスhとする変成部23と、変成ガスh中の一酸化炭素を選択酸化して変成ガスhからさらに一酸化炭素が低減した第2改質ガスgを生成する選択酸化部24とを有している。   First, a reformer 10 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the reformer 10. The reformer 10 includes a combustion section 11 that generates reforming heat used for steam reforming of the raw material gas r, and a first reformed gas j as a first reformed gas by steam reforming the raw material gas r. A reforming unit 21 to be generated, a carbon monoxide reducing unit 22 that generates a second reformed gas g as a second reformed gas having a reduced carbon monoxide concentration from the first reformed gas j, and a raw material gas r And a water pipe 25 through which water s used for steam reforming is supplied. The carbon monoxide reducing unit 22 converts the carbon monoxide in the first reformed gas j into a modified gas h in which the carbon monoxide is reduced from the first reformed gas j, and the modified gas h A selective oxidation unit 24 that selectively oxidizes carbon monoxide to generate a second reformed gas g in which carbon monoxide is further reduced from the modified gas h.

燃焼部11は、燃焼燃料fを燃焼させるバーナー12と、燃焼によって生じる炎を収容する燃焼室13とを含んでいる。燃焼室13は、筒状部材である内筒14の内側に形成されている。本実施の形態では、バーナー12が内筒14の内部に収容され、バーナー12の先端の空間が内筒14に囲まれることによって燃焼室13が形成されている。本実施の形態では、内筒14は、その軸が鉛直方向に対して略平行になるように配設されている。内筒14の長さは、後述する改質部21の鉛直方向の長さ以上となっている。バーナー12は、火炎が下向きに形成されるように内筒14内に配設されている。内筒14の下端は開口になっている。他方、内筒14の上端14aは閉塞されている。バーナー12の、火炎が形成されるのとは反対側は、内筒14の上端14aを貫通して空気燃料導入管29に接続されている。空気燃料導入管29は、燃焼燃料fを流す流路を形成している。空気燃料導入管29にはチーズ29Tが取り付けられている。   The combustor 11 includes a burner 12 that combusts the combustion fuel f and a combustion chamber 13 that houses a flame generated by the combustion. The combustion chamber 13 is formed inside the inner cylinder 14 that is a cylindrical member. In the present embodiment, the burner 12 is accommodated in the inner cylinder 14, and the combustion chamber 13 is formed by the space at the tip of the burner 12 being surrounded by the inner cylinder 14. In the present embodiment, the inner cylinder 14 is disposed so that its axis is substantially parallel to the vertical direction. The length of the inner cylinder 14 is equal to or longer than the length in the vertical direction of the reforming unit 21 described later. The burner 12 is disposed in the inner cylinder 14 so that the flame is formed downward. The lower end of the inner cylinder 14 is an opening. On the other hand, the upper end 14a of the inner cylinder 14 is closed. The side of the burner 12 opposite to where the flame is formed penetrates the upper end 14 a of the inner cylinder 14 and is connected to the air fuel introduction pipe 29. The air fuel introduction pipe 29 forms a flow path through which the combustion fuel f flows. A cheese 29T is attached to the air fuel introduction pipe 29.

内筒14は、自身より一回り大きい筒状部材である外筒15によって覆われている。外筒15の下端15bは閉塞されている。外筒15は、その軸が内筒14の軸と略一致するように配設されている。これにより、内筒14の外側と外筒15の内側との間に、バーナー12で燃焼燃料fを燃焼させた後の排ガスeを流す排ガス流路16が形成されている。バーナー12に向けて燃焼燃料fを供給せずに燃焼空気aを送気することにより、燃焼空気aが排ガス流路16を流れるようにすることもできる。すなわち、本実施の形態の排ガス流路16は、空気路を兼ねている。内筒14よりも一回り大きい外筒15のサイズは、排ガス流路16を流れる排ガスe及び燃焼空気aの流量を勘案して適宜決定すればよい。排ガス流路16は排ガス管54に接続され、排ガスeを系外に排出することができるように構成されている。   The inner cylinder 14 is covered with an outer cylinder 15 that is a cylindrical member that is slightly larger than itself. The lower end 15b of the outer cylinder 15 is closed. The outer cylinder 15 is disposed so that its axis substantially coincides with the axis of the inner cylinder 14. Thus, an exhaust gas flow path 16 is formed between the outer side of the inner cylinder 14 and the inner side of the outer cylinder 15 for flowing the exhaust gas e after the combustion fuel f is burned by the burner 12. It is also possible to cause the combustion air a to flow through the exhaust gas flow channel 16 by supplying the combustion air a without supplying the combustion fuel f toward the burner 12. That is, the exhaust gas passage 16 of the present embodiment also serves as an air passage. The size of the outer cylinder 15 that is one size larger than the inner cylinder 14 may be appropriately determined in consideration of the flow rates of the exhaust gas e and the combustion air a flowing through the exhaust gas passage 16. The exhaust gas flow channel 16 is connected to the exhaust gas pipe 54 and configured to discharge the exhaust gas e to the outside of the system.

改質部21は、外筒15の両端及び上部を除く外周に、改質触媒が設けられることにより構成されている。改質触媒は、内筒14や外筒15と同軸の筒状部材である改質触媒保持筒17によって保持されている。言い換えると、外筒15と改質触媒保持筒17との間に改質触媒が充填されている。改質触媒は、原料ガスrの水蒸気改質反応を促進させる触媒であり、典型的には、ニッケル系改質触媒やルテニウム系改質触媒が用いられる。また、改質触媒の形状は、水蒸気改質反応を効率的に行うため、粒状、円柱状、ハニカム状やモノリス状とするとよい。水蒸気改質反応は吸熱反応である。それゆえ、燃焼部11において燃焼燃料fを燃焼させて改質熱を発生させている。改質部21とバーナー12との位置関係は、改質部21の鉛直方向の略中央にバーナー12の火炎が位置するように構成されている。このような位置関係とすると、改質部21全体を加熱することができる。   The reforming unit 21 is configured by providing a reforming catalyst on the outer periphery excluding both ends and the upper portion of the outer cylinder 15. The reforming catalyst is held by a reforming catalyst holding cylinder 17 which is a cylindrical member coaxial with the inner cylinder 14 and the outer cylinder 15. In other words, the reforming catalyst is filled between the outer cylinder 15 and the reforming catalyst holding cylinder 17. The reforming catalyst is a catalyst that promotes the steam reforming reaction of the raw material gas r, and typically a nickel-based reforming catalyst or a ruthenium-based reforming catalyst is used. Further, the shape of the reforming catalyst is preferably granular, columnar, honeycomb, or monolithic in order to efficiently perform the steam reforming reaction. The steam reforming reaction is an endothermic reaction. Therefore, the combustion fuel f is burned in the combustion section 11 to generate reforming heat. The positional relationship between the reforming unit 21 and the burner 12 is configured such that the flame of the burner 12 is positioned approximately at the center in the vertical direction of the reforming unit 21. With such a positional relationship, the entire reforming unit 21 can be heated.

改質触媒保持筒17の下端は開口になっている。この開口により改質部21は変成部23と連通している。他方、改質触媒保持筒17の上端は閉塞しており、この上端の一部に原料ガスrを改質部21に導入する原料ガス導入管26が接続されている。改質部21の上部には、原料ガス導入管26を介して導入した原料ガスrが改質触媒保持筒17の上部全体に行き渡るように改質触媒が充填されていない空間が形成されている。原料ガス導入管26は、燃焼部11と反対方向に(すなわち外側に)向かって延びている。原料ガス導入管26には、原料ガスrの流れを遮断する原料ガス遮断弁36が配設されている。原料ガス遮断弁36より下流の原料ガス導入管26には、後に詳説する水管25が接続されている。   The lower end of the reforming catalyst holding cylinder 17 is an opening. The reforming part 21 communicates with the transformation part 23 through this opening. On the other hand, the upper end of the reforming catalyst holding cylinder 17 is closed, and a raw material gas introduction pipe 26 for introducing the raw material gas r into the reforming section 21 is connected to a part of the upper end. In the upper part of the reforming part 21, a space not filled with the reforming catalyst is formed so that the source gas r introduced through the source gas introduction pipe 26 reaches the entire upper part of the reforming catalyst holding cylinder 17. . The source gas introduction pipe 26 extends in the direction opposite to the combustion unit 11 (that is, outward). A raw material gas shutoff valve 36 for shutting off the flow of the raw material gas r is disposed in the raw material gas introduction pipe 26. A water pipe 25, which will be described in detail later, is connected to the raw material gas introduction pipe 26 downstream of the raw material gas cutoff valve 36.

変成部23は、外筒15の上部を残して、改質部21より上方の外筒15の外周に変成触媒が設けられることにより構成されている。変成触媒は、改質触媒保持筒17の上部をも覆っている。この変成触媒が改質触媒保持筒17を覆っている部分は、改質触媒保持筒17で区画されているため改質部21とは連通していない。変成触媒は、改質部21における水蒸気改質反応によって生成された第1改質ガスjに含まれる一酸化炭素を水と反応させる変成反応を促進させる触媒であり、典型的には、鉄−クロム系変成触媒、銅−亜鉛系変成触媒、白金系変成触媒等が用いられる。また、変成触媒の形状は、変成反応を効率的に行うため、粒状、円柱状、ハニカム状やモノリス状とするとよい。変成反応は、一酸化炭素を二酸化炭素にシフトする。変成反応は発熱反応である。   The shift section 23 is configured by providing a shift catalyst on the outer periphery of the outer cylinder 15 above the reforming section 21 while leaving the upper portion of the outer cylinder 15. The shift catalyst also covers the upper part of the reforming catalyst holding cylinder 17. The portion where the shift catalyst covers the reforming catalyst holding cylinder 17 is partitioned by the reforming catalyst holding cylinder 17 and is not in communication with the reforming unit 21. The shift catalyst is a catalyst that promotes a shift reaction in which carbon monoxide contained in the first reformed gas j generated by the steam reforming reaction in the reforming section 21 is reacted with water. A chromium-based shift catalyst, a copper-zinc shift catalyst, a platinum shift catalyst, or the like is used. Further, the shape of the shift catalyst is preferably granular, columnar, honeycomb, or monolithic in order to efficiently perform the shift reaction. The metamorphic reaction shifts carbon monoxide to carbon dioxide. The modification reaction is an exothermic reaction.

選択酸化部24は、変成部23より上方の外筒15の外周に選択酸化触媒が設けられることにより構成されている。選択酸化部24と変成部23との境界は、パンチングメタル等で区画されていてもよいが、選択酸化部24と変成部23とは連通するように構成される。選択酸化触媒は、変成部23における変成反応によって生成された変成ガスhに含まれる一酸化炭素を酸素と反応させる選択酸化反応を促進させる触媒であり、典型的には、白金系選択酸化触媒、ルテニウム系選択酸化触媒、白金−ルテニウム系選択酸化触媒等が用いられる。また、選択酸化触媒の形状は、選択酸化反応を効率的に行うため、粒状、円柱状、ハニカム状やモノリス状とするとよい。選択酸化反応は発熱反応である。   The selective oxidation unit 24 is configured by providing a selective oxidation catalyst on the outer periphery of the outer cylinder 15 above the shift unit 23. The boundary between the selective oxidation unit 24 and the transformation unit 23 may be partitioned by punching metal or the like, but the selective oxidation unit 24 and the transformation unit 23 are configured to communicate with each other. The selective oxidation catalyst is a catalyst that promotes a selective oxidation reaction in which carbon monoxide contained in the shift gas h generated by the shift reaction in the shift section 23 is reacted with oxygen, typically a platinum-based selective oxidation catalyst, A ruthenium-based selective oxidation catalyst, a platinum-ruthenium-based selective oxidation catalyst, or the like is used. Further, the shape of the selective oxidation catalyst is preferably a granular shape, a cylindrical shape, a honeycomb shape, or a monolith shape in order to efficiently perform a selective oxidation reaction. The selective oxidation reaction is an exothermic reaction.

変成触媒及び選択酸化触媒は、内筒14等と同軸の筒状部材であるCO低減触媒保持筒18によって保持されている。言い換えると、外筒15及び改質触媒保持筒17の一部とCO低減触媒保持筒18との間に変成触媒が充填されており、外筒15の上部とCO低減触媒保持筒18との間に選択酸化触媒が充填されている。CO低減触媒保持筒18は、変成部23の下方にも延びており、改質部21の下部を覆っている。変成部23より下方のCO低減触媒保持筒18は、改質触媒保持筒17より一回り大きく形成されている。CO低減触媒保持筒18の下端18bは閉塞されている。改質触媒保持筒17の下端はCO低減触媒保持筒18の下端18bに接触しないように配設される。これにより改質部21と変成部23とが連通する。変成部23より下方の、改質触媒保持筒17の外側とCO低減触媒保持筒18の内側との間には、第1改質ガスjを流す第1改質ガス流路19が形成されている。第1改質ガス流路19は、変成触媒の直下で、変成触媒の下面全体に第1改質ガスjが行き渡るように、外側に向けて放射状に広がっている。改質触媒保持筒17よりも一回り大きいCO低減触媒保持筒18のサイズは、第1改質ガス流路19を流れる第1改質ガスjの流量を勘案して適宜決定すればよい。   The shift catalyst and the selective oxidation catalyst are held by a CO reduction catalyst holding cylinder 18 which is a cylindrical member coaxial with the inner cylinder 14 and the like. In other words, the shift catalyst is filled between the outer cylinder 15 and a part of the reforming catalyst holding cylinder 17 and the CO reduction catalyst holding cylinder 18, and between the upper part of the outer cylinder 15 and the CO reduction catalyst holding cylinder 18. Are filled with a selective oxidation catalyst. The CO reducing catalyst holding cylinder 18 also extends below the shift unit 23 and covers the lower part of the reforming unit 21. The CO reduction catalyst holding cylinder 18 below the shift section 23 is formed to be slightly larger than the reforming catalyst holding cylinder 17. The lower end 18b of the CO reducing catalyst holding cylinder 18 is closed. The lower end of the reforming catalyst holding cylinder 17 is disposed so as not to contact the lower end 18b of the CO reducing catalyst holding cylinder 18. Thereby, the reforming unit 21 and the transformation unit 23 communicate with each other. A first reformed gas flow path 19 for flowing the first reformed gas j is formed between the outside of the reforming catalyst holding cylinder 17 and the inside of the CO reducing catalyst holding cylinder 18 below the shift portion 23. Yes. The first reformed gas flow path 19 extends radially outward so that the first reformed gas j spreads directly under the shift catalyst to the entire lower surface of the shift catalyst. The size of the CO reduction catalyst holding cylinder 18 that is slightly larger than the reforming catalyst holding cylinder 17 may be determined as appropriate in consideration of the flow rate of the first reformed gas j flowing through the first reformed gas flow path 19.

CO低減触媒保持筒18には、変成部23直近の選択酸化部24で、選択酸化空気cを選択酸化部24に導入する選択酸化空気導入管27が接続されている。選択酸化空気導入管27は、外側に向かって延びている。選択酸化空気導入管27には、選択酸化空気cの流れを遮断する選択酸化空気遮断弁37が配設されている。また、CO低減触媒保持筒18には、変成部23に隣接する側とは反対側の選択酸化部24で、第2改質ガスgを導出する第2改質ガス管28が接続されている。第2改質ガス管28は、外側に向かって延びている。第2改質ガス管28には、第2改質ガスgの流れを遮断する第2改質ガス遮断弁38が配設されている。   A selective oxidation air introduction pipe 27 for introducing the selective oxidation air c into the selective oxidation unit 24 is connected to the CO reduction catalyst holding cylinder 18 at the selective oxidation unit 24 immediately adjacent to the shift unit 23. The selective oxidation air introduction pipe 27 extends outward. The selective oxidation air introduction pipe 27 is provided with a selective oxidation air shut-off valve 37 that blocks the flow of the selective oxidation air c. The CO reducing catalyst holding cylinder 18 is connected to a second reformed gas pipe 28 for deriving the second reformed gas g at the selective oxidation unit 24 opposite to the side adjacent to the shift unit 23. . The second reformed gas pipe 28 extends outward. The second reformed gas pipe 28 is provided with a second reformed gas shut-off valve 38 that shuts off the flow of the second reformed gas g.

水管25は、以下のように配設されている。選択酸化部24の上方からCO低減触媒保持筒18の外側に接触し、選択酸化部24の上部からCO低減触媒保持筒18の外側を螺旋状に下方に巻いていく。螺旋状に下方に巻いていって変成部23の上から2/3程度の位置に至ったところでCO低減触媒保持筒18から外側に離れ、さらに上方に向きを変えて原料ガス導入管26に接続する。水管25が原料ガス導入管26に接続されることで水管25は改質部21に連通している。水管25をこのように配設すると、水sは選択酸化部24の傍らから変成部23の傍らを流れ、原料ガス導入管26に流入するまでに選択酸化部24及び変成部23から受熱して液体から気体となる。なお、図1に示すように、水管25の一部が選択酸化部24及び/又は変成部23の内部を通り、外筒15に接触するように配設されることとすると、受熱量が増加するので好ましい。水管25には、CO低減触媒保持筒18に接触するよりも上流に、水sの流れを遮断する水遮断弁35が配設されている。   The water pipe 25 is arranged as follows. The outside of the CO reduction catalyst holding cylinder 18 is contacted from above the selective oxidation section 24, and the outside of the CO reduction catalyst holding cylinder 18 is spirally wound downward from above the selective oxidation section 24. When it is spirally wound downward and reaches a position about 2/3 from the top of the transformation section 23, it is separated from the CO reducing catalyst holding cylinder 18 and further turned upward to be connected to the raw material gas introduction pipe 26. To do. The water pipe 25 communicates with the reforming unit 21 by connecting the water pipe 25 to the raw material gas introduction pipe 26. When the water pipe 25 is arranged in this way, the water s flows from the side of the selective oxidation unit 24 to the side of the transformation unit 23 and receives heat from the selective oxidation unit 24 and the transformation unit 23 before flowing into the raw material gas introduction pipe 26. From liquid to gas. As shown in FIG. 1, if a part of the water pipe 25 is disposed so as to pass through the selective oxidation unit 24 and / or the transformation unit 23 and contact the outer cylinder 15, the amount of heat received increases. This is preferable. The water pipe 25 is provided with a water shut-off valve 35 that shuts off the flow of water s upstream from contacting the CO reducing catalyst holding cylinder 18.

第1改質ガス流路19には、改質部21の圧力を検出する圧力検出手段としての圧力センサ41が配設されている。改質部21は、一酸化炭素低減部22(変成部23及び選択酸化部24)と連通しているので、改質部21の圧力を検出することで一酸化炭素低減部22の圧力も検出することができる。また、改質触媒保持筒17及びCO低減触媒保持筒18には、改質部21、変成部23、選択酸化部24の温度をそれぞれ検出する温度検出手段としての温度センサ42が取り付けられている。温度センサ42の個数は、各部21、23、24の大きさ等に応じて適宜決定するとよい。圧力センサ41及び温度センサ42は、それぞれ信号ケーブルを介して制御装置40に接続されており、検出した圧力あるいは温度を信号として制御装置40に送信することができるように構成されている。   In the first reformed gas flow path 19, a pressure sensor 41 is disposed as pressure detecting means for detecting the pressure of the reforming unit 21. Since the reforming unit 21 communicates with the carbon monoxide reduction unit 22 (the transformation unit 23 and the selective oxidation unit 24), the pressure of the carbon monoxide reduction unit 22 is also detected by detecting the pressure of the reforming unit 21. can do. Further, the reforming catalyst holding cylinder 17 and the CO reduction catalyst holding cylinder 18 are attached with temperature sensors 42 as temperature detecting means for detecting the temperatures of the reforming section 21, the shift section 23, and the selective oxidation section 24, respectively. . The number of the temperature sensors 42 may be appropriately determined according to the sizes of the respective parts 21, 23, and 24. Each of the pressure sensor 41 and the temperature sensor 42 is connected to the control device 40 via a signal cable, and is configured to be able to transmit the detected pressure or temperature as a signal to the control device 40.

水管25の最下部(本実施の形態では変成部23の上から2/3程度の位置)より下方の変成部23及び改質部21の外周は、断熱材46で覆われている。断熱材46よりも上方の変成部23及び選択酸化部24の外周は、断熱材47で覆われている。各部21、23、24が断熱材46、47で覆われていることにより、各部21、23、24を運転時における反応に適した温度に維持することができると共に、改質器10外周の温度を各部21、23、24の温度よりも低くすることができて火傷防止等に寄与する。断熱材46は、典型的には、珪石原料、石灰原料及び水を含有する原料スラリーと熱線反射材、耐熱性繊維等を配合した混合物を約500kg/m3以下の密度でプレス脱水成型させて成型した無機質多孔体である。断熱材47は、典型的には、シリカ・アルミナ系微粒子粉末、アルカリ金属珪酸塩、過酸化水素、及び熱線反射材を配合した混合物を約500kg/m3以下の密度で発泡、硬化させて成型した無機質発泡体である。断熱材46、47は、表面材48で覆われており、改質器10の外観は概ね円筒状に形成されている。表面材48は、典型的には無機質短繊維をフェルト状に成型した無機質短繊維フェルトである。 The outer periphery of the transformation unit 23 and the reforming unit 21 below the lowermost part of the water pipe 25 (in the present embodiment, a position about 2/3 from the top of the transformation unit 23) is covered with a heat insulating material 46. The outer circumferences of the transformation section 23 and the selective oxidation section 24 above the heat insulating material 46 are covered with a heat insulating material 47. Since each part 21, 23, 24 is covered with the heat insulating materials 46, 47, each part 21, 23, 24 can be maintained at a temperature suitable for reaction during operation, and the temperature of the outer periphery of the reformer 10 Can be made lower than the temperature of each part 21, 23, 24, and contribute to burn prevention and the like. Typically, the heat insulating material 46 is obtained by press dehydrating and molding a mixture of a raw material slurry containing a silica raw material, a lime raw material, and water, a heat ray reflective material, heat resistant fibers, and the like at a density of about 500 kg / m 3 or less. It is a molded inorganic porous body. Typically, the heat insulating material 47 is formed by foaming and curing a mixture of silica / alumina-based fine particle powder, alkali metal silicate, hydrogen peroxide, and heat ray reflective material at a density of about 500 kg / m 3 or less. Inorganic foam. The heat insulating materials 46 and 47 are covered with a surface material 48, and the appearance of the reformer 10 is formed in a substantially cylindrical shape. The surface material 48 is typically an inorganic short fiber felt obtained by molding inorganic short fibers into a felt shape.

上述した各弁35、36、37、38及び空気燃料導入管29に取り付けられたチーズ29Tは、表面材48の外側に配設されている。原料ガス遮断弁36には原料ガス管56が接続されている。原料ガス管56には原料ガスrを圧送する原料ガスブロワ31が配設されている。原料ガスブロワ31を起動したときと同等の圧力で原料ガスrが系外から圧送されてくる場合は、原料ガスブロワ31を備えていなくてもよい。選択酸化空気遮断弁37には選択酸化空気管57が接続されている。選択酸化空気管57には選択酸化空気cを圧送する選択酸化ブロワ33が配設されている。第2改質ガス遮断弁38には改質ガス管68が接続されている。また、水遮断弁35には水供給管55が接続されている。水供給管55には水sを圧送する水ポンプ34が配設されている。また、空気燃料導入管29に取り付けられたチーズ29Tの残りの接続口の1つには燃焼燃料fを流す燃焼燃料管59が接続されており、他の残りの接続口には燃焼空気管52が接続されている。燃焼空気管52には燃焼空気aを圧送する燃焼空気ブロワ32が配設されている。   The above-described valves 35, 36, 37, 38 and the cheese 29T attached to the air fuel introduction pipe 29 are disposed outside the surface material 48. A source gas pipe 56 is connected to the source gas cutoff valve 36. A raw material gas blower 31 for pumping the raw material gas r is disposed in the raw material gas pipe 56. When the source gas r is pumped from outside the system at the same pressure as when the source gas blower 31 is started, the source gas blower 31 may not be provided. A selective oxidation air pipe 57 is connected to the selective oxidation air shut-off valve 37. The selective oxidation air pipe 57 is provided with a selective oxidation blower 33 for pumping the selective oxidation air c. A reformed gas pipe 68 is connected to the second reformed gas cutoff valve 38. A water supply pipe 55 is connected to the water cutoff valve 35. The water supply pipe 55 is provided with a water pump 34 that pumps water s. A combustion fuel pipe 59 for flowing the combustion fuel f is connected to one of the remaining connection ports of the cheese 29T attached to the air fuel introduction pipe 29, and a combustion air pipe 52 is connected to the other remaining connection ports. Is connected. The combustion air pipe 52 is provided with a combustion air blower 32 that pumps the combustion air a.

制御装置40は表面材48の外側に配設されており、改質器10の運転を制御する。制御装置40は、圧力センサ41から圧力信号を受信し、温度センサ42から温度センサから温度信号を受信する。また、制御装置40は、各弁35、36、37、38のそれぞれに開閉信号を送信し、各弁35、36、37、38の開閉動作を制御する。また、制御装置40は、各ブロワ31、32、33に接続された動力系統(不図示)を介して供給される電力を調節することにより、各ブロワ31、32、33の発停や流体の吐出量を制御する。   The control device 40 is disposed outside the surface material 48 and controls the operation of the reformer 10. The control device 40 receives a pressure signal from the pressure sensor 41 and receives a temperature signal from the temperature sensor 42 from the temperature sensor 42. The control device 40 transmits an open / close signal to each of the valves 35, 36, 37, and 38 to control the open / close operation of each of the valves 35, 36, 37, and 38. Moreover, the control apparatus 40 adjusts the electric power supplied via the motive power system (not shown) connected to each blower 31, 32, 33, and starts / stops each blower 31, 32, 33, and fluid. Control the discharge rate.

次に図2を参照して、本発明の第2の実施の形態に係る燃料電池システム100を説明する。図2は燃料電池システム100の模式的系統図である。燃料電池システム100は、これまで説明した改質器10と、水素と酸素との電気化学的反応により発電する燃料電池60と、制御装置70とを備えている。   Next, a fuel cell system 100 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic system diagram of the fuel cell system 100. The fuel cell system 100 includes the reformer 10 described so far, a fuel cell 60 that generates electric power by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, and a control device 70.

燃料電池60は、典型的には固体高分子形燃料電池である。燃料電池60は、第2改質ガスgを導入するアノード61と、酸化剤ガスtを導入するカソード62と、電気化学的反応により発生した熱を奪う冷却部(不図示)とを含んで構成されている。酸化剤ガスtは、典型的には所定の加湿度に加湿された空気である。燃料電池60は、図では簡易的に示されているが、実際には、固体高分子膜をアノード61とカソード62とで挟んで単一のセルが形成され、このセルを冷却部を介し複数枚積層して構成されている。燃料電池60では、アノード61に供給された第2改質ガスg中の水素が水素イオンと電子とに分解し、水素イオンが固体高分子膜を通過してカソード62に移動すると共に電子がアノード61とカソード62とを結ぶ導線を通ってカソード62に移動して、カソード62に供給された酸化剤ガスt中の酸素と反応して水を生成し、この反応の際に発熱する。この反応における、電子が導線を通ることにより、直流の電力を取り出すことができる。燃料電池60は、典型的には、直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナ(不図示)と電気的に接続される。   The fuel cell 60 is typically a polymer electrolyte fuel cell. The fuel cell 60 includes an anode 61 for introducing the second reformed gas g, a cathode 62 for introducing the oxidant gas t, and a cooling unit (not shown) that removes heat generated by the electrochemical reaction. Has been. The oxidant gas t is typically air that has been humidified to a predetermined humidity. Although the fuel cell 60 is shown in a simplified manner in the figure, in practice, a single cell is formed by sandwiching a solid polymer membrane between an anode 61 and a cathode 62, and a plurality of cells are formed via a cooling unit. It is configured by stacking sheets. In the fuel cell 60, hydrogen in the second reformed gas g supplied to the anode 61 is decomposed into hydrogen ions and electrons, and the hydrogen ions move to the cathode 62 through the solid polymer film and the electrons are anodes. It moves to the cathode 62 through a conducting wire connecting 61 and the cathode 62 and reacts with oxygen in the oxidant gas t supplied to the cathode 62 to generate water, and heat is generated during this reaction. In this reaction, the direct current can be taken out by passing electrons through the conducting wire. The fuel cell 60 is typically electrically connected to a power conditioner (not shown) that converts DC power into AC power.

燃料電池60のアノード61では、導入された第2改質ガスg中の水素のすべてが上述の電気化学的反応(燃料電池60における発電)に利用される訳ではなく、一部の水素が利用される。アノード61からは、燃料電池60での電気化学的反応に利用されなかった水素を含むアノードオフガスpが排出される。アノードオフガスpには、水素、二酸化炭素、窒素等が含まれている。燃料電池60のカソード62では、導入された酸化剤ガスt中の酸素のすべてが上述の電気化学的反応(燃料電池60における発電)に利用される訳ではなく、一部の酸素が利用される。カソード62からは、燃料電池60での電気化学的反応に利用されなかった酸素を含むカソードオフガスqが排出される。   In the anode 61 of the fuel cell 60, not all of the hydrogen in the introduced second reformed gas g is used for the above-described electrochemical reaction (power generation in the fuel cell 60), but some hydrogen is used. Is done. From the anode 61, the anode off gas p containing hydrogen that has not been used for the electrochemical reaction in the fuel cell 60 is discharged. The anode off gas p contains hydrogen, carbon dioxide, nitrogen and the like. At the cathode 62 of the fuel cell 60, not all of the oxygen in the introduced oxidant gas t is used for the above-described electrochemical reaction (power generation in the fuel cell 60), but some oxygen is used. . From the cathode 62, the cathode off gas q containing oxygen that has not been used for the electrochemical reaction in the fuel cell 60 is discharged.

アノード61には、第2改質ガスgをアノード61に供給する改質ガス管68と、アノードオフガスpを排出するアノードオフガス管69とが接続されている。改質ガス管68は第2改質ガス遮断弁38に接続されている。改質ガス管68には、改質ガス遮断弁88が配設されている。アノードオフガス管69は、燃焼用原料遮断弁39よりも下流の燃焼燃料管59に接続されている。燃焼燃料管59は、原料ガスブロワ31と原料ガス遮断弁36との間の原料ガス管56から分岐した管となっている。燃焼燃料管59を原料ガス管56から分岐することにより、原料ガスrを燃焼燃料fとしてバーナー12に導くことが可能となる。アノードオフガス管69には、アノードオフガス遮断弁89が配設されている。改質ガス遮断弁88より上流の改質ガス管68とアノードオフガス遮断弁89より下流のアノードオフガス管69とはバイパス管67で接続されている。バイパス管67にはバイパス遮断弁87が配設されている。カソード62には、酸化剤ガスtをカソード62に供給する酸化剤ガス管65と、カソードオフガスqを排出するカソードオフガス管66とが接続されている。酸化剤ガス管65には、酸化剤ガスtを圧送する酸化剤ガスブロワ64が配設されている。なお、酸化剤ガスブロワ64は、燃焼空気ブロワ32及び/又は選択酸化空気ブロワ33を兼ねていてもよい。   The anode 61 is connected to a reformed gas pipe 68 that supplies the second reformed gas g to the anode 61 and an anode offgas pipe 69 that discharges the anode offgas p. The reformed gas pipe 68 is connected to the second reformed gas cutoff valve 38. In the reformed gas pipe 68, a reformed gas cutoff valve 88 is disposed. The anode off gas pipe 69 is connected to a combustion fuel pipe 59 downstream of the combustion material shutoff valve 39. The combustion fuel pipe 59 is a pipe branched from the raw material gas pipe 56 between the raw material gas blower 31 and the raw material gas cutoff valve 36. By branching the combustion fuel pipe 59 from the source gas pipe 56, the source gas r can be led to the burner 12 as the combustion fuel f. An anode off gas shutoff valve 89 is disposed in the anode off gas pipe 69. A reformed gas pipe 68 upstream of the reformed gas cutoff valve 88 and an anode offgas pipe 69 downstream of the anode offgas cutoff valve 89 are connected by a bypass pipe 67. A bypass shutoff valve 87 is disposed in the bypass pipe 67. An oxidant gas pipe 65 that supplies the oxidant gas t to the cathode 62 and a cathode offgas pipe 66 that discharges the cathode offgas q are connected to the cathode 62. The oxidant gas pipe 65 is provided with an oxidant gas blower 64 that pumps the oxidant gas t. The oxidant gas blower 64 may also serve as the combustion air blower 32 and / or the selective oxidation air blower 33.

制御装置70は、燃料電池システム100を制御する。制御装置70は、燃焼用原料遮断弁39、バイパス遮断弁87、改質ガス遮断弁88、アノードオフガス遮断弁89に各々信号を送信し、各弁の開閉動作をさせることができるように構成されている。また、制御装置70は、酸化剤ガスブロワ64を制御する。また、制御装置70は、改質器10の制御装置40(図1参照)と連係して改質器10を制御する。なお、制御装置70は、制御装置40(図1参照)と一体に構成されていてもよい。   The control device 70 controls the fuel cell system 100. The control device 70 is configured to transmit signals to the combustion raw material shut-off valve 39, the bypass shut-off valve 87, the reformed gas shut-off valve 88, and the anode off-gas shut-off valve 89 so as to open and close the respective valves. ing. Further, the control device 70 controls the oxidant gas blower 64. The control device 70 controls the reformer 10 in conjunction with the control device 40 (see FIG. 1) of the reformer 10. The control device 70 may be configured integrally with the control device 40 (see FIG. 1).

引き続き図1及び図2を参照して、改質器10及び燃料電池システム100の作用を説明する。ここで、改質器10の作用は、燃料電池システム100の作用の一環として説明する。   With continued reference to FIGS. 1 and 2, the operation of the reformer 10 and the fuel cell system 100 will be described. Here, the operation of the reformer 10 will be described as part of the operation of the fuel cell system 100.

燃料電池システム100の停止時は、弁35、36、37、38、88、89が閉になっている。燃料電池システム100を停止中の状態から起動すると、制御装置70は、燃焼用原料遮断弁39を開にして、原料ガスブロワ31及び燃焼空気ブロワ32を起動する。すると、原料ガスrが燃焼燃料fとして改質器10内のバーナー12に供給されると共に、燃焼空気aもバーナー12に供給される。原料ガスrは、典型的には、メタン、エタン等の鎖式炭化水素(都市ガスや天然ガス等も含む)であるが、メタノール、石油製品(灯油、ガソリン、ナフサ、LPG等)等の炭化水素を主成分とする混合物等の炭化水素系の燃料を気化したものであってもよい。燃焼燃料f及び燃焼空気aがバーナー12に供給されたらバーナー12を点火して改質部21を昇温する。燃焼によって生じた排ガスeは、排ガス流路16を流れて排ガス管54に流入し、系外に排出される。また、水遮断弁35を開にし水ポンプ34を起動して水sを水管25に送水する。これとほぼ同時に原料ガス遮断弁36を開にして原料ガスrを原料ガス導入管26に供給する。   When the fuel cell system 100 is stopped, the valves 35, 36, 37, 38, 88, and 89 are closed. When the fuel cell system 100 is started from a stopped state, the control device 70 opens the combustion material shut-off valve 39 and starts the material gas blower 31 and the combustion air blower 32. Then, the raw material gas r is supplied as the combustion fuel f to the burner 12 in the reformer 10, and the combustion air a is also supplied to the burner 12. The source gas r is typically a chain hydrocarbon such as methane or ethane (including city gas and natural gas), but carbonization of methanol, petroleum products (kerosene, gasoline, naphtha, LPG, etc.), etc. A hydrocarbon-based fuel such as a mixture containing hydrogen as a main component may be vaporized. When the combustion fuel f and combustion air a are supplied to the burner 12, the burner 12 is ignited and the reforming unit 21 is heated. The exhaust gas e generated by the combustion flows through the exhaust gas passage 16 and flows into the exhaust gas pipe 54 and is discharged out of the system. Further, the water shut-off valve 35 is opened and the water pump 34 is activated to feed the water s to the water pipe 25. At substantially the same time, the source gas cutoff valve 36 is opened to supply the source gas r to the source gas introduction pipe 26.

水sは、水管25を流れて原料ガス導入管26に至るまでに受熱して水蒸気となる。水蒸気と原料ガスrとは原料ガス導入管26内で混合されて改質部21に到達する。改質部21では、原料ガスr中の炭化水素と水sが気化した水蒸気とが燃焼部11から改質熱を得て反応し(水蒸気改質反応)、水素と一酸化炭素とを含む第1改質ガスjが生成される。許容量を超えた一酸化炭素含むガスを燃料電池60のアノード61に供給すると電極触媒が被毒するので、第1改質ガスj中の一酸化炭素濃度を低減するために改質部21で生成された第1改質ガスjは変成部23に送られる。   The water s receives heat from the water pipe 25 and reaches the raw material gas introduction pipe 26 to become water vapor. The steam and the source gas r are mixed in the source gas introduction pipe 26 and reach the reforming section 21. In the reforming unit 21, the hydrocarbon in the raw material gas r and the water vapor evaporated from the water s react with the reforming heat obtained from the combustion unit 11 (steam reforming reaction), and contain hydrogen and carbon monoxide. One reformed gas j is generated. When the gas containing the carbon monoxide exceeding the allowable amount is supplied to the anode 61 of the fuel cell 60, the electrode catalyst is poisoned. Therefore, the reforming unit 21 reduces the carbon monoxide concentration in the first reformed gas j. The generated first reformed gas j is sent to the shift unit 23.

変成部23に送られた第1改質ガスjは、生成された一酸化炭素が残存していた水蒸気と反応して(変成反応)、水素と二酸化炭素とになる。つまり、変成部23で生成される変成ガスhは、第1改質ガスjに比べて、一酸化炭素が減少し、水素と二酸化炭素が増加している。変成ガスhは、第1改質ガスjに比べて一酸化炭素濃度が低減しているものの、通常、定常運転時で5000〜10000ppm程度の一酸化炭素を含んでおり、この一酸化炭素濃度では燃料電池60の電極触媒が被毒するおそれがある。このため、変成ガスh中の一酸化炭素濃度を低減するために変成部23で生成された変成ガスhは選択酸化部24に送られる。   The first reformed gas j sent to the shift unit 23 reacts with the water vapor in which the generated carbon monoxide remains (a shift reaction) to become hydrogen and carbon dioxide. That is, in the shift gas h generated in the shift section 23, compared with the first reformed gas j, carbon monoxide is reduced and hydrogen and carbon dioxide are increased. Although the modified gas h has a reduced carbon monoxide concentration compared to the first reformed gas j, it normally contains about 5,000 to 10,000 ppm of carbon monoxide during steady operation, and at this carbon monoxide concentration, The electrode catalyst of the fuel cell 60 may be poisoned. For this reason, in order to reduce the carbon monoxide concentration in the shift gas h, the shift gas h generated in the shift section 23 is sent to the selective oxidation section 24.

選択酸化部24に変成ガスhが送られるとき、制御装置70は選択酸化空気遮断弁37及び第2改質ガス遮断弁38を開にし選択酸化空気ブロワ33を起動して、選択酸化空気cを選択酸化部24に供給する。なお、選択酸化空気遮断弁37及び第2改質ガス遮断弁38の開並びに選択酸化空気ブロワ33の起動は、原料ガス遮断弁36開等の動作と同時に行ってもよく、あるいは原料ガス遮断弁36を開いてから所定の時間が経過した後に行ってもよい。また、選択酸化空気遮断弁37及び第2改質ガス遮断弁38の動作は異なるタイミングで行ってもよい。   When the modified gas h is sent to the selective oxidation unit 24, the control device 70 opens the selective oxidation air shut-off valve 37 and the second reformed gas shut-off valve 38 to activate the selective oxidation air blower 33 to generate the selective oxidation air c. This is supplied to the selective oxidation unit 24. The selective oxidizing air shut-off valve 37 and the second reformed gas shut-off valve 38 and the selective oxidizing air blower 33 may be activated simultaneously with the operation of the raw material gas shut-off valve 36 or the like, or the raw material gas shut-off valve It may be performed after a predetermined time has passed since opening 36. Further, the operations of the selective oxidation air cutoff valve 37 and the second reformed gas cutoff valve 38 may be performed at different timings.

選択酸化部24に送られた変成ガスhは、残存している一酸化炭素が、供給された選択酸化空気c中の酸素と反応して(選択酸化反応)二酸化炭素となる。選択酸化反応により生成された第2改質ガスgは、含有する一酸化炭素が、定常運転時で10ppm以下程度となる。この程度の一酸化炭素濃度とすると、燃料電池60の電極触媒が被毒することを回避することができる。   In the modified gas h sent to the selective oxidation unit 24, the remaining carbon monoxide reacts with oxygen in the supplied selective oxidation air c (selective oxidation reaction) to become carbon dioxide. The second reformed gas g generated by the selective oxidation reaction contains about 10 ppm or less of carbon monoxide during steady operation. With this level of carbon monoxide concentration, it is possible to avoid poisoning of the electrode catalyst of the fuel cell 60.

なお、改質器10の定常運転時とは、改質部21、変成部23、選択酸化部24の各部が、それぞれの部における反応に適した温度となっている状態である。定常運転時の各部の温度は、改質部21が約550℃〜800℃、変成部23が約160℃〜280℃、選択酸化部が約100℃〜250℃である。改質器10の起動初期で、各部21、23、24が定常運転時の温度に達していないときは、第2改質ガス管28に導出される第2改質ガスgは組成が安定しておらず、燃料電池60の電極触媒が被毒するおそれのある濃度の一酸化炭素を含んでいる。したがって、組成が安定していない第2改質ガスgは、燃料電池60のアノード61に供給せずに燃焼部11に導いて、燃焼燃料fとして燃焼することとしている。   In the steady operation of the reformer 10, the reforming unit 21, the shift unit 23, and the selective oxidation unit 24 are in a state where the temperatures are suitable for the reactions in the respective units. The temperature of each part at the time of steady operation is about 550 ° C. to 800 ° C. for the reforming unit 21, about 160 ° C. to 280 ° C. for the transformation unit 23, and about 100 ° C. to 250 ° C. for the selective oxidation unit. When each part 21, 23, 24 does not reach the temperature during steady operation at the initial start of the reformer 10, the composition of the second reformed gas g led out to the second reformed gas pipe 28 is stable. However, it contains carbon monoxide at a concentration at which the electrode catalyst of the fuel cell 60 may be poisoned. Therefore, the second reformed gas g whose composition is not stable is not supplied to the anode 61 of the fuel cell 60 but is guided to the combustion unit 11 and combusted as the combustion fuel f.

制御装置70は、バイパス遮断弁87を開にし、燃焼用原料遮断弁39を閉にして、組成が安定していない第2改質ガスgを、改質ガス管68、バイパス管67、アノードオフガス管69、燃焼燃料管59を経由して空気燃料導入管29からバーナー12に供給する。このとき、制御装置40は、温度センサ42により各部21、23、24の温度を検出している。各部の温度が定常運転時の温度になったら、制御装置70は、改質ガス遮断弁88及びアノードオフガス遮断弁89を開にし、バイパス遮断弁87を閉にする。この弁の動作により、第2改質ガスgが燃料電池60のアノード61に供給される。第2改質ガスgがアノード61に供給されるようになると、制御装置70は酸化剤ガスブロワ64を起動して酸化剤ガスtをカソード62に供給する。   The control device 70 opens the bypass shut-off valve 87, closes the combustion raw material shut-off valve 39, and converts the second reformed gas g whose composition is not stable into the reformed gas pipe 68, the bypass pipe 67, and the anode off gas. The burner 12 is supplied from the air fuel introduction pipe 29 via the pipe 69 and the combustion fuel pipe 59. At this time, the control device 40 detects the temperature of each part 21, 23, 24 by the temperature sensor 42. When the temperature of each part reaches the temperature during steady operation, the control device 70 opens the reformed gas cutoff valve 88 and the anode off-gas cutoff valve 89 and closes the bypass cutoff valve 87. By the operation of this valve, the second reformed gas g is supplied to the anode 61 of the fuel cell 60. When the second reformed gas g is supplied to the anode 61, the controller 70 activates the oxidant gas blower 64 and supplies the oxidant gas t to the cathode 62.

燃料電池60ではアノード61に導入された第2改質ガスg中の水素と、カソード62に導入された酸化剤ガスt中の酸素とによる電気化学的反応が行なわれる。電気化学的反応は、アノード61では以下の(1)式に示す反応が行なわれ、カソード62では以下の(2)式に示す反応が行なわれる。
2H → 4H + 4e ・・・(1)
+ 4H + 4e → 2HO ・・・(2)
この電気化学的反応によって発電し、発熱すると共に水分が生成される。さらに説明を加えると、アノード61の電子が外部電気回路を通ってカソード62に移動する際に電力を得ることができる。アノード61の水素イオンは固体高分子膜を通過してカソード62に移動し、酸素と結合して水分が発生する。上述のように、この電気化学的反応は発熱反応である。
In the fuel cell 60, an electrochemical reaction is performed between hydrogen in the second reformed gas g introduced into the anode 61 and oxygen in the oxidant gas t introduced into the cathode 62. As for the electrochemical reaction, the reaction represented by the following formula (1) is performed at the anode 61, and the reaction represented by the following formula (2) is performed at the cathode 62.
2H 2 → 4H + + 4e (1)
O 2 + 4H + + 4e → 2H 2 O (2)
Electricity is generated by this electrochemical reaction, heat is generated, and moisture is generated. In further explanation, electric power can be obtained when electrons of the anode 61 move to the cathode 62 through the external electric circuit. Hydrogen ions of the anode 61 pass through the solid polymer film and move to the cathode 62, and combine with oxygen to generate moisture. As mentioned above, this electrochemical reaction is an exothermic reaction.

燃料電池60によって得られる電力は直流電力であり、必要に応じてパワーコンディショナ(不図示)で交流電力に変換されて電力負荷(不図示)に送電される。他方、燃料電池60で発生する熱は、例えば貯湯タンク(不図示)に蓄えられ、必要に応じて給湯や暖房等の熱負荷において消費される。燃料電池60で発生した熱を有効利用することにより、燃料電池システム100の効率が向上することとなる。   The electric power obtained by the fuel cell 60 is direct-current power, which is converted into alternating-current power by a power conditioner (not shown) as necessary and transmitted to an electric power load (not shown). On the other hand, the heat generated in the fuel cell 60 is stored, for example, in a hot water storage tank (not shown), and is consumed in a heat load such as hot water supply or heating as necessary. By effectively using the heat generated in the fuel cell 60, the efficiency of the fuel cell system 100 is improved.

燃料電池60の作動中、アノード61からはアノードオフガスpが排出される。排出されたアノードオフガスpは、改質器10の燃焼部11に導かれ、燃焼燃料fとして燃焼させられる。つまり、アノード61から排出されたアノードオフガスpは、アノードオフガス管69、燃焼燃料管59を経由して空気燃料導入管29からバーナー12に流入する。燃焼部11におけるアノードオフガスpの燃焼により、改質部21における改質に用いる改質熱を発生させることができる。   During the operation of the fuel cell 60, the anode off gas p is discharged from the anode 61. The discharged anode off gas p is led to the combustion unit 11 of the reformer 10 and burned as the combustion fuel f. That is, the anode off gas p discharged from the anode 61 flows into the burner 12 from the air fuel introduction pipe 29 via the anode off gas pipe 69 and the combustion fuel pipe 59. By the combustion of the anode off gas p in the combustion unit 11, reforming heat used for reforming in the reforming unit 21 can be generated.

燃料電池システム100の停止時は、酸化剤ガスブロワ64を停止すると共に遮断弁(不図示)を閉にすることにより、酸化剤ガスtがカソード62に供給されないようにする。これにより、燃料電池60の固体高分子膜の乾燥を防ぐと共に触媒の酸化を防いで、燃料電池60の性能低下を防いでいる。また、各ブロワ31、32、33及び水ポンプ34を停止すると共に水遮断弁35、原料ガス遮断弁36、選択酸化空気遮断弁37、第2改質ガス遮断弁38を閉にして、改質器10への水s、原料ガスr、選択酸化空気cの供給を停止する。これにより、改質器10の改質部21及び一酸化炭素低減部22が第1改質ガスj等で封入される。このように、改質部21及び一酸化炭素低減部22を、第1改質ガスj等で封入してその外部よりも正圧にすることにより、改質部21及び一酸化炭素低減部22への外気の侵入を防ぎ、改質触媒、変成触媒、選択酸化触媒が酸素に触れることに起因して劣化することを防いでいる。なお、燃料電池システム100の停止時は、改質ガス遮断弁88及びアノードオフガス遮断弁89を閉にする。   When the fuel cell system 100 is stopped, the oxidant gas blower 64 is stopped and the shutoff valve (not shown) is closed so that the oxidant gas t is not supplied to the cathode 62. As a result, the solid polymer membrane of the fuel cell 60 is prevented from being dried and the catalyst is prevented from being oxidized, thereby preventing the performance of the fuel cell 60 from being lowered. Further, the blowers 31, 32, 33 and the water pump 34 are stopped, and the water shutoff valve 35, the raw material gas shutoff valve 36, the selective oxidation air shutoff valve 37, and the second reformed gas shutoff valve 38 are closed to perform reforming. The supply of water s, source gas r, and selective oxidation air c to the vessel 10 is stopped. As a result, the reforming unit 21 and the carbon monoxide reduction unit 22 of the reformer 10 are sealed with the first reformed gas j and the like. In this way, the reforming unit 21 and the carbon monoxide reduction unit 22 are sealed with the first reformed gas j and the like so as to have a positive pressure from the outside thereof, thereby the reforming unit 21 and the carbon monoxide reduction unit 22. Intrusion of outside air into the catalyst is prevented, and the reforming catalyst, shift catalyst, and selective oxidation catalyst are prevented from deteriorating due to contact with oxygen. When the fuel cell system 100 is stopped, the reformed gas cutoff valve 88 and the anode offgas cutoff valve 89 are closed.

ところで、定常運転時の改質器10の温度は上述したような温度(例えば改質部21で約550℃〜800℃)であるが、燃料電池システム100の停止に伴い改質器10が停止すると、改質器10の温度が低下する。改質器10の温度が低下すると改質部21及び一酸化炭素低減部22の圧力が低下し、負圧になると外気が侵入して各部21、22の触媒、特に変成触媒が劣化することとなる。これを防ぐために、改質部21及び一酸化炭素低減部22の圧力が所定の圧力以下の場合に、原料ガス遮断弁36を開けて原料ガスブロワ31を起動し、改質部21に原料ガスrを導入して圧力低下を防ぐとよい。原料ガスrを用いて改質部21等を正圧に維持するようにすると、他のガスを用いる場合に必要となる特別な設備が不要となり、システムを簡略化することができる。しかしながら、改質部21が高温の状態で炭化水素系の原料ガスrを導入すると炭化水素が熱分解されて炭素が析出し、改質器10の性能が低下することとなる。このような不都合を回避するため、制御装置40は以下のような制御を行う。   By the way, the temperature of the reformer 10 during the steady operation is as described above (for example, about 550 ° C. to 800 ° C. in the reforming unit 21), but the reformer 10 is stopped when the fuel cell system 100 is stopped. Then, the temperature of the reformer 10 decreases. When the temperature of the reformer 10 decreases, the pressure of the reforming unit 21 and the carbon monoxide reduction unit 22 decreases, and when negative pressure is reached, outside air enters and the catalyst of each unit 21, 22, particularly the shift catalyst, deteriorates. Become. In order to prevent this, when the pressures of the reforming unit 21 and the carbon monoxide reduction unit 22 are equal to or lower than a predetermined pressure, the source gas shut-off valve 36 is opened to start the source gas blower 31, and the source unit r is supplied to the reforming unit 21. To prevent pressure drop. If the reforming portion 21 and the like are maintained at a positive pressure using the raw material gas r, special equipment required when using other gases is not required, and the system can be simplified. However, when the hydrocarbon-based raw material gas r is introduced while the reforming section 21 is at a high temperature, the hydrocarbon is thermally decomposed to deposit carbon, and the performance of the reformer 10 is degraded. In order to avoid such an inconvenience, the control device 40 performs the following control.

ここで図2に加え図3のフローチャートを参照して、上述の不都合を回避する制御について説明する。改質器10を停止するのに際し、原料ガスrや水s等の改質器10への供給を停止し(ST1)、弁35、36、37、38を閉にして改質部21及び一酸化炭素低減部22を密封したら(ST2)、制御装置40は圧力センサ41で改質部21内の圧力を検出して、内部圧力が所定の圧力以下であるか否かを判断する(ST3)。ここで、所定の圧力は、改質部21及び一酸化炭素低減部22への外気の侵入が生じない圧力に余裕分を見込んだ圧力であり、例えば15kPa(ゲージ圧)あるいは20kPa(ゲージ圧)である。所定の圧力以下でなければ、内部圧力が所定の圧力以下であるか否かを判断する工程(ST3)に戻る。   Here, with reference to the flowchart of FIG. 3 in addition to FIG. When the reformer 10 is stopped, the supply of the raw material gas r and water s to the reformer 10 is stopped (ST1), the valves 35, 36, 37, and 38 are closed, and the reformer 21 and the one are closed. When the carbon oxide reduction unit 22 is sealed (ST2), the control device 40 detects the pressure in the reforming unit 21 with the pressure sensor 41, and determines whether the internal pressure is equal to or lower than a predetermined pressure (ST3). . Here, the predetermined pressure is a pressure that allows for a margin in the pressure at which the outside air does not enter the reforming unit 21 and the carbon monoxide reduction unit 22, and is, for example, 15 kPa (gauge pressure) or 20 kPa (gauge pressure). It is. If the pressure is not lower than the predetermined pressure, the process returns to the step of determining whether the internal pressure is lower than the predetermined pressure (ST3).

内部圧力が所定の圧力以下であれば、制御装置40は、温度センサ42で検出した改質部21の温度が所定の温度以上か否かを判断する(ST4)。所定の温度は、原料ガスrが熱分解をする温度をやや下回る温度(原料ガスrが熱分解する温度に余裕分を見込んだ温度)であり、例えば400℃である。所定の温度以上であれば、制御装置40は、燃焼空気ブロワ32を起動し、燃焼空気aを空気路(排ガス流路16)に供給する(ST5)。   If the internal pressure is equal to or lower than the predetermined pressure, control device 40 determines whether or not the temperature of reforming unit 21 detected by temperature sensor 42 is equal to or higher than the predetermined temperature (ST4). The predetermined temperature is a temperature slightly lower than the temperature at which the raw material gas r undergoes thermal decomposition (a temperature that allows for a margin in the temperature at which the raw material gas r undergoes thermal decomposition), and is, for example, 400 ° C. If it is more than predetermined temperature, the control apparatus 40 will start the combustion air blower 32, and will supply the combustion air a to an air path (exhaust gas flow path 16) (ST5).

燃焼空気ブロワ32を起動することにより、燃焼空気aが排ガス流路16を流れて排ガス管54に至り系外に排出される。燃焼空気aが排ガス流路16を流れる際に、改質部21は燃焼空気aで冷やされる。これにより、改質部21の温度は、原料ガスrを導入しても原料ガスrが熱分解しない温度(所定の温度未満の温度)へと向かうこととなる。また、排ガス流路16を流れる燃焼空気aが熱媒体となって、改質部21の熱を変成部23及び選択酸化部24に伝達する。すると、変成部23及び/又は選択酸化部24に隣接する水管25内の水が受熱して一部が蒸発する。これにより、水管25と連通している改質部21等の内圧が上昇し、改質部21及び一酸化炭素低減部22内が所定の圧力以下になることを防ぐことができる。燃焼空気ブロワ32を起動して燃焼空気aを空気路(排ガス流路16)に供給したら、再び内部圧力が所定の圧力以下であるか否かを判断する工程(ST3)に戻って以降のフローを続ける。   By activating the combustion air blower 32, the combustion air a flows through the exhaust gas passage 16, reaches the exhaust gas pipe 54, and is discharged out of the system. When the combustion air a flows through the exhaust gas passage 16, the reforming unit 21 is cooled by the combustion air a. As a result, the temperature of the reforming unit 21 goes to a temperature at which the raw material gas r is not thermally decomposed even when the raw material gas r is introduced (a temperature lower than a predetermined temperature). Further, the combustion air a flowing through the exhaust gas flow channel 16 serves as a heat medium, and the heat of the reforming unit 21 is transmitted to the transformation unit 23 and the selective oxidation unit 24. Then, the water in the water pipe 25 adjacent to the transformation unit 23 and / or the selective oxidation unit 24 receives heat and a part thereof is evaporated. Thereby, it is possible to prevent the internal pressure of the reforming unit 21 and the like communicating with the water pipe 25 from rising and the inside of the reforming unit 21 and the carbon monoxide reduction unit 22 from being equal to or lower than a predetermined pressure. When the combustion air blower 32 is activated and the combustion air a is supplied to the air passage (exhaust gas passage 16), the flow returns to the step (ST3) for determining again whether the internal pressure is equal to or lower than the predetermined pressure. Continue.

他方、改質部21の温度が所定の温度以上か否かを判断する工程(ST4)において、所定の温度以上でなければ、原料ガスrが熱分解しないので、原料ガスブロワ31を起動して原料ガスrを改質部21に供給する(ST6)。これにより、改質部21及び一酸化炭素低減部22内が所定圧力以下になることを確実に防ぐことができる。原料ガスブロワ31を起動して原料ガスrを改質部21に供給したら、再び内部圧力が所定の圧力以下であるか否かを判断する工程(ST3)に戻って以降のフローを続ける。   On the other hand, in the step (ST4) for determining whether or not the temperature of the reforming unit 21 is equal to or higher than a predetermined temperature, the raw material gas r is not thermally decomposed unless it is equal to or higher than the predetermined temperature. The gas r is supplied to the reforming unit 21 (ST6). Thereby, it can prevent reliably that the inside of the modification part 21 and the carbon monoxide reduction part 22 becomes below a predetermined pressure. When the raw material gas blower 31 is activated and the raw material gas r is supplied to the reforming unit 21, the flow returns to the step (ST3) for determining whether or not the internal pressure is equal to or lower than the predetermined pressure, and the subsequent flow is continued.

以上説明したように、本発明に係る改質器10によれば、改質部21の状態にかかわらず、特別な設備を設けることなく改質部21及び一酸化炭素低減部22の内圧の低下を防ぐことができ、改質器10の劣化を防ぐことができる。このような改質器10を備えた本発明に係る燃料電池システム100は、耐久性に優れた燃料電池システム100となる。   As described above, according to the reformer 10 according to the present invention, the internal pressures of the reforming unit 21 and the carbon monoxide reduction unit 22 are reduced without providing special equipment regardless of the state of the reforming unit 21. And the deterioration of the reformer 10 can be prevented. The fuel cell system 100 according to the present invention including such a reformer 10 is a fuel cell system 100 having excellent durability.

以上では、燃焼空気aを空気路に供給する工程(ST5)において、燃焼空気aを流すこととして説明したが、排ガス流路16とは別に空気路を形成して、燃焼空気aとは別の空気を空気路に供給することとしてもよい。しかしながら、排ガス流路16が空気路を兼ね、空気を空気路に供給する工程(ST5)において燃焼空気aを排ガス流路16に流すこととすると、改質器10をコンパクトにすることができる。   In the above description, in the step of supplying the combustion air a to the air passage (ST5), the combustion air a is flown. However, the air passage is formed separately from the exhaust gas passage 16 and is different from the combustion air a. Air may be supplied to the air path. However, the reformer 10 can be made compact by letting the combustion air a flow through the exhaust gas flow channel 16 in the step of supplying the air to the air flow channel (ST5).

以上の説明では、燃料電池60が固体高分子形燃料電池であるとして説明したが、りん酸形燃料電池等の固体高分子形燃料電池以外の燃料電池であってもよい。しかしながら、固体高分子形燃料電池とすると、比較的低温で運転することができ、装置を小型化できるので、一般家庭等に設置するのに適している。   In the above description, the fuel cell 60 has been described as a polymer electrolyte fuel cell, but may be a fuel cell other than a polymer electrolyte fuel cell such as a phosphoric acid fuel cell. However, the polymer electrolyte fuel cell can be operated at a relatively low temperature and can be downsized, so that it is suitable for installation in a general household.

本発明の第1の実施の形態に係る改質器の縦断面図である。It is a longitudinal section of the reformer concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施の形態に係る燃料電池システムの模式的系統図である。FIG. 4 is a schematic system diagram of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention. 改質器停止時の制御を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the control at the time of a reformer stop.

符号の説明Explanation of symbols

10 改質器
11 燃焼部
16 空気路
21 改質部
22 一酸化炭素低減部
25 水管
31 原料ガスブロワ
32 燃焼空気ブロワ
35 水遮断弁
36 原料ガス遮断弁
37 選択酸化空気遮断弁
38 第2改質ガス遮断弁
40 制御装置
41 圧力センサ
42 温度センサ
60 燃料電池
a 空気
e 排ガス
f 燃料
g 第2の改質ガス
j 第1の改質ガス
r 原料ガス
s 水
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Reformer 11 Combustion part 16 Air path 21 Reformation part 22 Carbon monoxide reduction part 25 Water pipe 31 Raw material gas blower 32 Combustion air blower 35 Water shutoff valve 36 Raw material gas shutoff valve 37 Selective oxidation air shutoff valve 38 Second reformed gas Shut-off valve 40 Control device 41 Pressure sensor 42 Temperature sensor 60 Fuel cell a Air e Exhaust gas f Fuel g Second reformed gas j First reformed gas r Raw material gas s Water

Claims (6)

原料ガスと水とを導入し前記原料ガスを水蒸気改質して水素に富む第1の改質ガスを生成する改質部と、前記第1の改質ガスを導入し該第1の改質ガスよりも一酸化炭素濃度が低い第2の改質ガスを生成する一酸化炭素低減部と、を有する改質器を停止する方法であって;
前記原料ガス及び前記水の前記改質部への供給を停止する工程と;
互いに連通した状態の前記改質部と前記一酸化炭素低減部とを密封する工程と;
前記改質部が保有する熱を前記一酸化炭素低減部に移動させ、前記一酸化炭素低減部に隣接し前記改質部と連通する水管内の前記水を気化させて、前記互いに連通した状態で密封された前記改質部及び前記一酸化炭素低減部の内部圧力の低下を抑制する工程とを備える;
改質器の停止方法。
A reforming section for introducing a source gas and water and steam-reforming the source gas to generate a first reformed gas rich in hydrogen; and introducing the first reformed gas to the first reformed gas A method of stopping a reformer having a carbon monoxide reduction unit that generates a second reformed gas having a lower carbon monoxide concentration than the gas;
Stopping the supply of the source gas and the water to the reforming section;
Sealing the reforming portion and the carbon monoxide reducing portion in communication with each other;
The heat held by the reforming unit is transferred to the carbon monoxide reduction unit, the water in the water pipe adjacent to the carbon monoxide reduction unit and communicating with the reforming unit is vaporized, and the two are in communication with each other A step of suppressing a decrease in internal pressure of the reforming section and the carbon monoxide reduction section sealed with
How to stop the reformer.
前記互いに連通した状態で密封された前記改質部及び前記一酸化炭素低減部の内部圧力を検出する工程と;
前記改質部の温度を検出する工程とを備え;
前記内部圧力が所定の圧力以下の場合であって、かつ、前記改質部の温度が所定の温度以上のときに前記改質部が保有する熱を前記一酸化炭素低減部に移動させ、前記改質部の温度が前記所定の温度未満のときに前記改質部に前記原料ガスを封入するように構成された;
請求項1に記載の改質器の停止方法。
Detecting the internal pressure of the reforming unit and the carbon monoxide reduction unit that are sealed in a state of communicating with each other;
Detecting the temperature of the reforming section;
When the internal pressure is equal to or lower than a predetermined pressure, and when the temperature of the reforming unit is equal to or higher than a predetermined temperature, the heat held by the reforming unit is transferred to the carbon monoxide reduction unit, Configured to enclose the raw material gas in the reforming section when the temperature of the reforming section is lower than the predetermined temperature;
The method for stopping a reformer according to claim 1.
原料ガスと水とを導入し前記原料ガスを水蒸気改質して水素に富む第1の改質ガスを生成する改質部と;
前記第1の改質ガスを導入し、該第1の改質ガスよりも一酸化炭素濃度が低い第2の改質ガスを生成する一酸化炭素低減部と;
前記一酸化炭素低減部から受熱する位置に配設され、前記改質部に供給する水を流す水管とを備え;
前記改質部及び前記一酸化炭素低減部に隣接するように形成された空気路であって、前記改質部に隣接する部分を流れた後の空気が前記一酸化炭素低減部に隣接する部分を流れるように前記空気路が形成され;
前記空気路を流れる空気によって前記改質部の熱が前記一酸化炭素低減部に移動するように構成された;
改質器。
A reforming section for introducing a source gas and water and steam-reforming the source gas to generate a first reformed gas rich in hydrogen;
A carbon monoxide reduction unit that introduces the first reformed gas and generates a second reformed gas having a carbon monoxide concentration lower than that of the first reformed gas;
A water pipe that is disposed at a position to receive heat from the carbon monoxide reduction unit and that flows water supplied to the reforming unit;
An air passage formed so as to be adjacent to the reforming unit and the carbon monoxide reduction unit, wherein the air after flowing through a part adjacent to the reforming unit is adjacent to the carbon monoxide reduction unit The air passage is formed to flow through;
The heat of the reforming unit is transferred to the carbon monoxide reduction unit by the air flowing through the air path;
Reformer.
燃料を導入して燃焼させ、前記改質部を加熱する改質熱を発生させる燃焼部を備え;
前記空気路が、前記燃焼部における燃焼によって生じた排ガスを流す排ガス路を兼ねるように構成された;
請求項3に記載の改質器。
A combustion section for introducing and burning fuel and generating reforming heat for heating the reforming section;
The air path is configured to serve as an exhaust gas path for flowing exhaust gas generated by combustion in the combustion section;
The reformer according to claim 3.
前記改質部に前記原料ガスを供給する原料ガス供給手段と;
前記空気路に空気を供給する空気供給手段と;
前記改質部及び前記一酸化炭素低減部を密封する密封手段と;
前記改質部及び前記一酸化炭素低減部の少なくとも一方の圧力を検出する圧力検出手段と;
前記改質部の温度を検出する温度検出手段と;
前記改質部及び前記一酸化炭素低減部が密封された状態で前記改質部の圧力が所定の圧力以下の場合であって、かつ、前記改質部の温度が所定の温度以上のときに前記空気路に空気を流し、前記改質部の温度が前記所定の温度未満のときに前記改質部に前記原料ガスを封入するように、前記原料ガス供給手段、前記空気供給手段、及び前記密封手段を制御する制御装置とを備える;
請求項3又は請求項4に記載の改質器。
Source gas supply means for supplying the source gas to the reforming section;
Air supply means for supplying air to the air passage;
Sealing means for sealing the reforming section and the carbon monoxide reduction section;
Pressure detecting means for detecting the pressure of at least one of the reforming unit and the carbon monoxide reducing unit;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the reforming section;
When the reforming section and the carbon monoxide reducing section are sealed and the pressure of the reforming section is equal to or lower than a predetermined pressure, and the temperature of the reforming section is equal to or higher than a predetermined temperature. The raw material gas supply means, the air supply means, and the air gas are supplied to the reforming section when air is passed through the air passage and the temperature of the reforming section is lower than the predetermined temperature. A control device for controlling the sealing means;
The reformer according to claim 3 or 4.
請求項3乃至請求項5のいずれか1項に記載の改質器と;
前記第2の改質ガスと酸素を含有する酸化剤ガスとを導入し、前記第2の改質ガス中の水素と前記酸化剤ガス中の酸素との電気化学的反応により発電する燃料電池とを備える;
燃料電池システム。
A reformer according to any one of claims 3 to 5;
A fuel cell that introduces the second reformed gas and an oxygen-containing oxidant gas and generates electric power by an electrochemical reaction between hydrogen in the second reformed gas and oxygen in the oxidant gas; Comprising:
Fuel cell system.
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