JP2008266118A - Reformer system - Google Patents

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重徳 尾沼
Kouichi Kuwaha
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reformer system having an advantage of suppressing an excessive increase of pressure inside a reformer. <P>SOLUTION: The reformer system has the reformer 2 having a reforming part 34 which generates reformed gas containing hydrogen by means of reacting a gaseous raw material for reforming with water, an inlet-side valve 25a which supplies the gaseous raw material for reforming to the reforming part 34 of the reformer 2 and an outlet-side valve 25h which discharges the reformed gas containing hydrogen. A controller 500 carries out a reforming operation-shutdown procedure in which the reformer 2 is operated to generate the reformed gas containing hydrogen and the reforming operation of the reformer 2 is subsequently shut down. In the shutdown procedure, the controller carries out a closing procedure in which both of the inlet-side valve 25a and the outlet-side valve 25h are closed and then carries out an opening/closing procedure in which it keeps the inlet-side valve 25a being closed, opens the outlet-side valve 25h when the pressure inside the reformer 2 increases to a prescribed pressure and thereafter closes the outlet-side valve 25h. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明はガス状の改質用原料を反応させて水素を含有する改質ガスを生成する改質装置システムに関する。   The present invention relates to a reformer system that generates a reformed gas containing hydrogen by reacting a gaseous reforming raw material.

特許文献1には、改質用原料から水素リッチな改質ガスを生成する改質装置と、燃料電池とを備える燃料電池システムにおいて、燃料電池システムの運転を停止させるとき、出口側バルブおよび入口側バルブの双方を閉鎖させることにより、改質装置に残留している水素リッチな改質ガスを改質装置の内部に残留させる燃料電池システムが開示されている。   In Patent Document 1, in a fuel cell system including a reformer that generates a hydrogen-rich reformed gas from a reforming raw material and a fuel cell, when stopping the operation of the fuel cell system, an outlet side valve and an inlet port are disclosed. A fuel cell system is disclosed in which hydrogen-rich reformed gas remaining in the reformer is left inside the reformer by closing both side valves.

特許文献2には、システムの停止時に改質部への原料ガスの供給停止および水の供給停止を行い、改質部およびCO変成部が所定温度以下になった時点で入口側バルブを開放し、原料ガスを改質部およびCO変成部に供給して改質ガスを封入させるようにした水素製造システムが開示されている。
特開2005−71934号公報 特開2004−307236号公報
In Patent Document 2, the supply of the raw material gas to the reforming unit and the supply of water are stopped when the system is stopped, and the inlet side valve is opened when the reforming unit and the CO conversion unit are below a predetermined temperature. A hydrogen production system is disclosed in which a raw material gas is supplied to a reforming section and a CO conversion section to enclose the reformed gas.
JP 2005-71934 A JP 2004-307236 A

しかしながら上記した特許文献1,2によれば、改質装置の運転を停止させた後において、改質装置の余熱により、内部に残留している水分が過剰に水蒸気化し、水蒸気化により改質装置の内圧が過剰に上昇してしまうおそれがあった。   However, according to Patent Documents 1 and 2 described above, after the operation of the reformer is stopped, moisture remaining inside is excessively vaporized due to the residual heat of the reformer, and the reformer is converted into steam by steaming. There was a possibility that the internal pressure of would rise excessively.

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、改質装置の内圧が過剰に上昇することを抑制でき、改質装置の耐圧性を過剰にせずとも良い改質装置システムを提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a reformer system that can suppress an excessive increase in internal pressure of the reformer and that does not require excessive pressure resistance of the reformer. Is an issue.

(1)様相1に係る改質装置システムは、ガス状の改質用原料と水分とを反応させることにより、水素を含有する改質ガスを生成する改質部をもつ改質装置と、改質装置の上流側に配置され改質用原料を改質装置の改質部に供給する入口側バルブと、改質装置の下流側に配置され改質装置で生成された改質ガスを改質装置から吐出する出口側バルブと、入口側バルブおよび出口側バルブを制御する制御部とを具備する改質装置システムにおいて、
改質装置を運転して改質ガスを生成した後、改質装置の改質運転を停止させる改質運転停止操作を実施するにあたり、制御部は、入口側バルブおよび出口側バルブの双方を閉鎖する閉鎖操作と、入口側バルブが閉鎖された状態を維持しつつ、改質装置の内部が所定圧力に上昇するとき出口側バルブを開放させ、その後、出口側バルブを閉鎖する開放・閉鎖操作とを行うことを特徴とする。
(1) A reformer system according to aspect 1 includes a reformer having a reforming unit that generates a reformed gas containing hydrogen by reacting a gaseous reforming raw material with moisture. An inlet valve that is arranged upstream of the reformer and supplies the reforming raw material to the reformer of the reformer, and reformed gas generated by the reformer arranged downstream of the reformer is reformed. In a reformer system comprising an outlet valve that discharges from the apparatus, and a controller that controls the inlet valve and the outlet valve,
After the reformer is operated to generate reformed gas, the control unit closes both the inlet side valve and the outlet side valve when performing the reforming operation stop operation to stop the reforming operation of the reformer. An opening / closing operation of opening the outlet side valve when the inside of the reformer rises to a predetermined pressure and then closing the outlet side valve while maintaining the closed state of the inlet side valve. It is characterized by performing.

制御部は、改質装置を運転し、水素を含有する改質ガスを生成する。その後、改質装置の改質運転を停止させる。即ち、改質装置への改質用原料および水分の供給を停止させる。そして、改質運転を停止させるにあたり、改質部が余熱をもち、まだ高温状態であるとき、制御部は、入口側バルブおよび出口側バルブの双方を閉鎖する閉鎖操作を行う。これにより改質装置内で生成された水素を含有する改質ガスの全部が改質装置の外部に排出されることが抑制される。即ち、水素を含有する改質ガスを改質装置に内部に積極的に残留させることができる。これにより改質装置に担持されている触媒の酸化劣化が抑制され、触媒の耐久性が向上する。   The control unit operates the reformer and generates a reformed gas containing hydrogen. Thereafter, the reforming operation of the reformer is stopped. That is, the supply of the reforming raw material and moisture to the reformer is stopped. Then, when stopping the reforming operation, when the reforming section has residual heat and is still in a high temperature state, the control section performs a closing operation for closing both the inlet side valve and the outlet side valve. As a result, the entire reformed gas containing hydrogen produced in the reformer is prevented from being discharged outside the reformer. That is, the reformed gas containing hydrogen can be actively left inside the reformer. Thereby, the oxidative deterioration of the catalyst carried on the reformer is suppressed, and the durability of the catalyst is improved.

ここで、改質運転を停止したとしても、改質装置に残留している液相状の水が改質部の余熱により水蒸気化するため、改質装置の内部の圧力が上昇する。改質装置の内部が所定圧力に上昇すると、制御部は、入口側バルブが閉鎖された状態を維持しつつ出口側バルブを開放させ、その後、出口側バルブを閉鎖させる開放・閉鎖操作を行う。この結果、改質装置の内部の高い圧力を逃がすため、改質装置の内部の圧力が過剰に上昇することが抑制される。よって改質装置の耐圧構造を過剰にせずとも良い。   Here, even if the reforming operation is stopped, the liquid phase water remaining in the reformer is vaporized by the residual heat of the reforming unit, so that the pressure inside the reformer increases. When the inside of the reformer rises to a predetermined pressure, the control unit performs an opening / closing operation of opening the outlet side valve while maintaining the state where the inlet side valve is closed, and then closing the outlet side valve. As a result, since the high pressure inside the reformer is released, the pressure inside the reformer is prevented from rising excessively. Therefore, the pressure-resistant structure of the reformer need not be excessive.

ところで、改質運転を停止すると、高温状態の改質装置の冷却が次第に進行する。この場合、一旦発生した水蒸気が凝縮して液相の水となるため、改質装置の内部で過剰な負圧化が発生するおそれがある。この場合、過剰な負圧化に伴い、酸素を含む過剰な外気が改質装置の内部に進入するおそれがあり、改質装置の内部の構成材料(例えばステンレス鋼等の構造材、触媒)が酸化劣化するおそれがある。例えば、改質装置に内蔵されている触媒(担体に担持されている)が、外気に含まれている酸素の影響で酸化劣化されるおそれがある。これを抑えるためには、入口側バルブおよび出口側バルブの双方について、閉鎖力が強い耐圧シール力が高い高価な特殊なバルブを採用することが好ましい。しかしこのようなバルブはかなりコスト高であり、改質装置システムのコスト低廉化の観点からは好ましくない。   By the way, when the reforming operation is stopped, cooling of the reformer in a high temperature state gradually proceeds. In this case, once generated water vapor is condensed and becomes liquid phase water, there is a possibility that excessive negative pressure may occur inside the reformer. In this case, along with excessive negative pressure, there is a possibility that excessive outside air containing oxygen may enter the interior of the reformer, and the constituent materials inside the reformer (for example, structural materials such as stainless steel, catalysts) There is a risk of oxidative degradation. For example, the catalyst (supported on the carrier) built in the reformer may be oxidized and deteriorated due to the influence of oxygen contained in the outside air. In order to suppress this, it is preferable to employ an expensive special valve having a high pressure-resistant sealing force with a strong closing force for both the inlet side valve and the outlet side valve. However, such a valve is very expensive and is not preferable from the viewpoint of reducing the cost of the reformer system.

この点について様相1によれば、改質装置の改質運転を停止すれば、水素を含有する改質ガスを改質装置に内部に積極的に残留させ得るため、改質装置が冷却されて水蒸気が凝縮したとしても、改質装置における過剰な負圧化が抑制される。故に、酸素を含む外気が改質装置の内部に過剰に進入することが抑制される。また空気を含む外気が過剰な負圧化により改質装置の内部に侵入したとしても、改質装置の内部に残留した水素と空気の酸素とが反応するため、空気中の酸素が消費され、改質装置の内部において空気が酸素として存在することが抑制される。更に、空気中の大部分(消費された酸素以外)を占める窒素ガスなどにより負圧化が抑制される。この意味において、改質装置に担持されている触媒の酸化劣化が抑制され、触媒の耐久性が向上する。従って、入口側バルブおよび出口側バルブの双方についても、閉鎖力が強い耐圧シール力が高価な特殊なバルブにするまでもなく、通常のシール力をもつ価格が低い一般的なバルブを使用することができ、改質装置システムのコストダウンを図り得る。   According to aspect 1, if the reforming operation of the reformer is stopped, the reformed gas containing hydrogen can be actively left in the reformer, so that the reformer is cooled. Even if water vapor is condensed, excessive negative pressure in the reformer is suppressed. Therefore, excessive entry of outside air containing oxygen into the reformer is suppressed. Moreover, even if outside air containing air enters the interior of the reformer due to excessive negative pressure, oxygen remaining in the reformer reacts with oxygen in the air, so that oxygen in the air is consumed, The presence of air as oxygen inside the reformer is suppressed. Furthermore, negative pressure is suppressed by nitrogen gas or the like that occupies most of the air (other than consumed oxygen). In this sense, the oxidation deterioration of the catalyst supported on the reformer is suppressed, and the durability of the catalyst is improved. Therefore, for both the inlet side valve and the outlet side valve, use a general valve with a normal sealing force and a low price as well as a special valve with a high pressure-resistant sealing force with a strong closing force. Therefore, the cost of the reformer system can be reduced.

(2)様相2に係る改質装置システムによれば、上記様相において、制御部は、閉鎖操作において、出口側バルブを開放させつつ入口側バルブを閉鎖し、第1所定時間経過した後に、出口側バルブを閉鎖することを特徴とする。改質運転の停止操作時には、改質部は余熱によりまだ高温状態である。このため改質部の内部に残留している改質用原料および水分により改質反応が進行して水素を生成することがある。この場合、ガス体積が増加する。例えば、改質用原料がCHを含有していれば、CH+HO→3H+COにより、反応前に2モルであったが、反応後に4モルになり、ガス体積が増加する。このため本様相によれば、閉鎖操作において、出口側バルブを開放させつつ入口側バルブを閉鎖し、第1所定時間経過した後、入口側バルブを閉鎖しつつ出口側バルブを閉鎖する。即ち、出口側バルブの閉鎖を入口側バルブの閉鎖よりも時間的に遅延させる。これにより還元性をもつ水素を含有する改質ガスを排出させつつも、できるだけ多く改質装置の内部に残留させることができる。これにより改質装置の内部の触媒を酸化劣化を抑制しつつ、ガス体積の増加に対応することができる。上記した第1所定時間としては改質装置や出口側バルブ等の種類によっては相違するものの、0.3〜20秒の範囲、0.5〜10秒の範囲、1〜5秒の範囲が例示される。上記したように水素を含有する改質ガスをできるだけ多く改質装置の内部に残留させることができるため、改質装置に担持されている触媒等の酸化劣化が抑制される。 (2) According to the reformer system according to aspect 2, in the above aspect, the control unit closes the inlet side valve while opening the outlet side valve in the closing operation, and after the first predetermined time has elapsed, The side valve is closed. When the reforming operation is stopped, the reforming section is still in a high temperature state due to residual heat. For this reason, the reforming reaction may proceed due to the reforming raw material and moisture remaining inside the reforming section, and hydrogen may be generated. In this case, the gas volume increases. For example, if the reforming raw material contains CH 4 , it was 2 mol before the reaction due to CH 4 + H 2 O → 3H 2 + CO, but it becomes 4 mol after the reaction, and the gas volume increases. Therefore, according to this aspect, in the closing operation, the inlet side valve is closed while opening the outlet side valve, and after the first predetermined time has elapsed, the outlet side valve is closed while closing the inlet side valve. That is, the closing of the outlet side valve is delayed in time from the closing of the inlet side valve. As a result, it is possible to leave as much as possible the inside of the reformer while discharging the reformed gas containing hydrogen having reducibility. Thereby, it is possible to cope with an increase in gas volume while suppressing oxidation deterioration of the catalyst inside the reformer. Although the first predetermined time is different depending on the type of the reformer, the outlet side valve, etc., the range of 0.3 to 20 seconds, the range of 0.5 to 10 seconds, and the range of 1 to 5 seconds are exemplified. Is done. As described above, as much reformed gas containing hydrogen as possible can be left inside the reformer, so that oxidative deterioration of the catalyst and the like carried on the reformer is suppressed.

(3)様相3に係る改質装置システムによれば、上記様相において、制御部は、改質運転停止操作において、開放・閉鎖操作後に、入口側バルブを開放することにより、ガス状の改質用原料を改質部に投入することにより、改質装置の内部の過剰負圧化を抑制することを特徴とする。改質運転の停止に伴い、改質装置の温度は次第に低下する。よって、改質装置に存在している水蒸気が次第に凝縮して液化して水を生成するため、改質部の内部が負圧になりがちである。そこで、改質運転停止操作において、ガス状の改質用原料を改質部に積極的に投入すれば、改質部の内部における過剰の負圧化が抑制される。よって、外気が改質装置の内部に侵入することが抑制される。従って、入口側バルブおよび出口側バルブの双方についても、耐圧シール力が高い高価な特殊なバルブにするまでもなく、通常のシール力をもつ価格が低い一般的なバルブを使用することができる。よって改質装置システムの低コスト化に貢献できる。本様相によれば、投入されたガス状の改質用原料は、改質反応により水素を生成しても良いし、水素を生成しなくても良い。   (3) According to the reformer system according to aspect 3, in the above-described aspect, in the reforming operation stop operation, the control unit opens the inlet side valve after the opening / closing operation so that the gaseous reforming is performed. It is characterized in that excessive negative pressure inside the reformer is suppressed by introducing the raw material into the reforming section. As the reforming operation is stopped, the temperature of the reformer gradually decreases. Therefore, since the water vapor present in the reformer is gradually condensed and liquefied to generate water, the inside of the reforming section tends to be negative pressure. Therefore, if the gaseous reforming raw material is positively charged into the reforming section in the reforming operation stop operation, excessive negative pressure inside the reforming section is suppressed. Therefore, the outside air is prevented from entering the reformer. Therefore, as for both the inlet side valve and the outlet side valve, it is possible to use a general valve having a normal sealing force and a low price, as well as an expensive special valve having a high pressure resistance sealing force. Therefore, it can contribute to the cost reduction of the reformer system. According to this aspect, the introduced gaseous reforming raw material may generate hydrogen by a reforming reaction or may not generate hydrogen.

(4)様相4に係る改質装置システムによれば、上記様相において、制御部は、改質運転停止操作において、開放・閉鎖操作後に、改質部の温度が改質反応温度以上であるとき、入口側バルブを開放し、ガス状の改質用原料を改質部に投入することにより、改質部において改質反応により水素を生成させることを特徴とする。水素は還元性をもつため、改質装置に担持されている触媒の酸化劣化を抑制させるのに有利である。更にガス状の改質用原料を改質部に投入させて水素ガスを積極的に生成させるため、改質装置の内部における過剰の負圧化が抑制される。従って、入口側バルブおよび出口側バルブの双方についても、閉鎖力が強い耐圧シール力が高い高価な特殊なバルブにするまでもなく、通常のシール力をもつ価格が低い一般的なバルブを使用することができる。よって改質装置システムの低コスト化に貢献できる。   (4) According to the reformer system according to aspect 4, in the above aspect, in the reforming operation stop operation, when the temperature of the reforming unit is equal to or higher than the reforming reaction temperature after the opening / closing operation. The inlet side valve is opened, and gaseous reforming raw material is charged into the reforming section, whereby hydrogen is generated by the reforming reaction in the reforming section. Since hydrogen has reducibility, it is advantageous for suppressing oxidative deterioration of the catalyst supported on the reformer. Furthermore, since hydrogenous gas is actively generated by introducing a gaseous reforming raw material into the reforming section, excessive negative pressure inside the reformer is suppressed. Therefore, for both the inlet side valve and the outlet side valve, it is not necessary to use an expensive special valve with a high pressure-resistant sealing force with a strong closing force, and use a general valve with a normal sealing force and a low price. be able to. Therefore, it can contribute to the cost reduction of the reformer system.

(5)様相5に係る改質装置システムによれば、ガス状の改質用原料と水分とを反応させることにより、水素を含有する改質ガスを生成する改質部をもつ改質装置と、改質装置の上流側に配置され改質用原料を改質装置の改質部に供給する入口側バルブと、改質装置の下流側に配置され改質装置で生成された改質ガスを前記改質装置から吐出する出口側バルブと、入口側バルブおよび出口側バルブを制御する制御部とを具備する改質装置システムにおいて、
改質装置は、改質部の他に、改質部を加熱する加熱部と、改質部に供給する水蒸気を生成する蒸発部と、蒸発部と熱交換可能に設けられ改質部で生成された改質ガスに含まれるCO成分を低減させる触媒を内蔵するCO低減部とを備えており、
改質装置を運転して改質ガスを生成した後、改質装置の改質運転を停止させる改質運転停止操作を実施するにあたり、制御部は、改質装置の加熱部による改質部の加熱を第2所定時間継続して蒸発部の降温を抑えつつ、CO低減部の降温速度を緩め、CO低減部に水素が残留した状態でCO低減部の前記触媒を還元処理することを特徴とする。
(5) According to the reformer system according to aspect 5, a reformer having a reforming unit that generates a reformed gas containing hydrogen by reacting a gaseous reforming raw material with moisture. An inlet side valve disposed upstream of the reformer and supplying the reforming raw material to the reformer of the reformer, and a reformed gas generated downstream of the reformer and generated by the reformer. In the reformer system comprising an outlet side valve that discharges from the reformer, and a controller that controls the inlet side valve and the outlet side valve,
In addition to the reforming unit, the reforming device is provided in a heating unit for heating the reforming unit, an evaporation unit for generating water vapor to be supplied to the reforming unit, and provided in the reforming unit so that heat can be exchanged with the evaporation unit And a CO reduction part containing a catalyst for reducing the CO component contained in the reformed gas,
After performing the reforming operation stop operation for stopping the reforming operation of the reformer after the reformer is operated to generate the reformed gas, the control unit The heating is continued for a second predetermined time to suppress the temperature drop of the evaporation part, the temperature reduction rate of the CO reduction part is slowed down, and the catalyst of the CO reduction part is reduced with hydrogen remaining in the CO reduction part. To do.

本様相によれば、改質装置の改質運転を停止させる改質運転停止操作を実施するにあたり、制御部は、改質装置の加熱部による改質部の加熱を第2所定時間(例えば2〜60分間,5〜30分間、これに限定されるものではない)継続する。本様相によれば、蒸発部の降温が抑えられ(蒸発部が昇温する形態も含む)、蒸発部の温度ができるだけ維持される。ひいてはCO低減部の降温速度が緩められ、CO低減部の触媒の再生温度にCO低減部が良好に維持される。このときCO低減部には水素が残留しているため、CO低減部に担持されている触媒は水素により還元処理される。これにより当該触媒の酸化劣化が抑えられ、当該触媒の耐久性が向上する。CO低減部としては、改質ガスに含まれるCOを酸素で酸化除去するCO酸化除去部が例示される。   According to this aspect, in performing the reforming operation stop operation for stopping the reforming operation of the reformer, the control unit heats the reforming unit by the heating unit of the reformer for a second predetermined time (for example, 2 (Not limited to ~ 60 minutes, 5-30 minutes). According to this aspect, the temperature drop of the evaporation part is suppressed (including a form in which the evaporation part is heated), and the temperature of the evaporation part is maintained as much as possible. As a result, the temperature decrease rate of the CO reduction unit is relaxed, and the CO reduction unit is well maintained at the regeneration temperature of the catalyst of the CO reduction unit. At this time, since hydrogen remains in the CO reduction part, the catalyst supported on the CO reduction part is reduced with hydrogen. Thereby, the oxidative deterioration of the catalyst is suppressed, and the durability of the catalyst is improved. Examples of the CO reduction unit include a CO oxidation removal unit that oxidizes and removes CO contained in the reformed gas with oxygen.

(6)様相6に係る改質装置システムは、ガス状の改質用原料と水分とを反応させることにより、水素を含有する改質ガスを生成する改質部をもつ改質装置と、
改質装置の上流側に配置され改質用原料を改質装置の改質部に供給する入口側バルブと、改質装置の下流側に配置され改質装置で生成された改質ガスを前記改質装置から吐出する出口側バルブと、入口側バルブおよび出口側バルブを制御する制御部とを具備する改質装置システムにおいて、
改質装置は、改質部の他に、改質部を加熱する加熱部と、改質部に供給する水蒸気を生成する蒸発部と、蒸発部と熱交換可能に設けられ改質部で生成された改質ガスに含まれるCO成分を低減させる触媒を内蔵するCO低減部とを備えており、改質装置を運転して前記改質ガスを生成した後、改質装置の改質運転を停止させる改質運転停止操作を実施するにあたり、制御部は、燃料電池の発電運転を停止した後に改質装置の改質運転を第3所定時間継続して蒸発部の降温を抑えつつCO低減部の降温速度を緩め、CO低減部に水素が残留した状態で前記CO低減部の触媒を還元処理することを特徴とする。
(6) A reformer system according to aspect 6 includes a reformer having a reforming unit that generates a reformed gas containing hydrogen by reacting a gaseous reforming raw material with moisture.
An inlet side valve disposed upstream of the reformer and supplying the reforming raw material to the reformer of the reformer, and a reformed gas generated by the reformer disposed downstream of the reformer In a reformer system comprising an outlet valve that discharges from a reformer, and a controller that controls the inlet valve and the outlet valve,
In addition to the reforming unit, the reforming device is provided in a heating unit for heating the reforming unit, an evaporation unit for generating water vapor to be supplied to the reforming unit, and provided in the reforming unit so that heat can be exchanged with the evaporation unit And a CO reduction section containing a catalyst for reducing the CO component contained in the reformed gas. After the reformer is operated to generate the reformed gas, the reformer is operated for reforming. In carrying out the stop operation of the reforming operation to be stopped, the control unit continues the reforming operation of the reforming device for a third predetermined time after stopping the power generation operation of the fuel cell, and suppresses the temperature drop of the evaporation unit while reducing the temperature of the CO reduction unit. The temperature reduction rate is reduced, and the catalyst of the CO reduction unit is subjected to reduction treatment in a state where hydrogen remains in the CO reduction unit.

本様相によれば、改質装置の改質運転を停止させる改質運転停止操作を実施するにあたり、制御部は、改質装置の改質運転を第3所定時間(例えば2〜60分間,5〜30分間、これに限定されない)継続する。これにより蒸発部の降温が抑えられ(蒸発部が昇温する形態も含む)、蒸発部の温度ができるだけ高温に維持される。ひいてはCO低減部の降温速度が緩められ、CO低減部の触媒の再生温度にCO低減部が良好に維持される。このときCO低減部には水素が残留しているため、CO低減部に担持されている触媒は還元処理される。これにより当該触媒の酸化劣化が抑えられ、当該触媒の耐久性が向上する。   According to this aspect, in performing the reforming operation stop operation for stopping the reforming operation of the reformer, the control unit performs the reforming operation of the reformer for a third predetermined time (for example, 2 to 60 minutes, 5 Continue for 30 minutes (but not limited to this). Thereby, the temperature drop of the evaporation part is suppressed (including a form in which the evaporation part is heated), and the temperature of the evaporation part is kept as high as possible. As a result, the temperature decrease rate of the CO reduction unit is relaxed, and the CO reduction unit is well maintained at the regeneration temperature of the catalyst of the CO reduction unit. At this time, since hydrogen remains in the CO reduction section, the catalyst carried on the CO reduction section is reduced. Thereby, the oxidative deterioration of the catalyst is suppressed, and the durability of the catalyst is improved.

(7)様相7に係る改質装置システムは、ガス状の改質用原料と水分とを反応させることにより、水素を含有する改質ガスを生成する改質部をもつ改質装置と、
改質装置の上流側に配置され改質用原料を改質装置の改質部に供給する入口側バルブと、改質装置の下流側に配置され改質装置で生成された改質ガスを改質装置から吐出する出口側バルブと、入口側バルブおよび出口側バルブを制御する制御部とを具備する改質装置システムにおいて、
改質装置は、改質部の他に、改質部を加熱する加熱部と、改質部に供給する水蒸気を生成する蒸発部と、蒸発部と熱交換可能に設けられ改質部で生成された改質ガスに含まれるCO成分を低減させる触媒を内蔵するCO低減部とを備えており、改質装置を運転して前記改質ガスを生成した後、改質装置の改質運転を停止させる改質運転停止操作を実施するにあたり、制御部は、改質装置の改質運転を維持しつつ、燃料電池の発電運転を低出力領域において第4所定時間発電運転し、CO低減部の降温速度を緩め、CO低減部に水素が残留した状態でCO低減部の触媒を還元処理することを特徴とする。
(7) A reformer system according to aspect 7 includes a reformer having a reforming unit that generates a reformed gas containing hydrogen by reacting a gaseous reforming raw material with moisture.
An inlet valve that is arranged upstream of the reformer and supplies the reforming raw material to the reformer of the reformer, and a reformed gas generated by the reformer arranged downstream of the reformer is modified. In a reformer system comprising an outlet side valve that discharges from a quality control device, and a controller that controls the inlet side valve and the outlet side valve,
In addition to the reforming unit, the reforming device is provided in a heating unit for heating the reforming unit, an evaporation unit for generating water vapor to be supplied to the reforming unit, and provided in the reforming unit so that heat can be exchanged with the evaporation unit And a CO reduction section containing a catalyst for reducing the CO component contained in the reformed gas. After the reformer is operated to generate the reformed gas, the reformer is operated for reforming. In performing the reforming operation stop operation to be stopped, the control unit performs the power generation operation of the fuel cell for the fourth predetermined time in the low output region while maintaining the reforming operation of the reformer, and the CO reduction unit The temperature reduction rate is relaxed, and the catalyst of the CO reduction unit is subjected to reduction treatment in a state where hydrogen remains in the CO reduction unit.

本様相によれば、改質装置の改質運転を停止させる改質運転停止操作を実施するにあたり、制御部は、改質装置を改質運転させつつ、燃料電池の発電運転を低出力領域において第4所定時間(例えば1〜60分間,5〜30分間)継続する。このとき改質装置の改質運転が維持されているため、蒸発部の降温が抑えられ(蒸発部が昇温する形態も含む)、蒸発部の温度ができるだけ高温に維持される。このためCO低減部の降温速度が緩められ、CO低減部の触媒の再生温度にCO低減部が良好に維持される。このときCO低減部には水素が残留しているため、CO低減部に担持されている触媒は還元処理される。これにより当該触媒の酸化劣化が抑えられ、当該触媒の耐久性が向上する。燃料電池を低出力領域において運転しているとき、アノードガスとして改質ガスが燃料電池の燃料極に供給されているため、燃料電池の内部における液相水の除去に貢献でき、燃料電池を次回発電運転するときにおいてフラッディングの抑制に貢献できる。   According to this aspect, in performing the reforming operation stop operation for stopping the reforming operation of the reformer, the control unit performs the reforming operation of the reformer and performs the power generation operation of the fuel cell in the low output region. Continue for a fourth predetermined time (for example, 1 to 60 minutes, 5 to 30 minutes). At this time, since the reforming operation of the reforming apparatus is maintained, the temperature drop of the evaporation unit is suppressed (including a mode in which the evaporation unit is heated), and the temperature of the evaporation unit is maintained as high as possible. For this reason, the temperature lowering rate of the CO reduction part is relaxed, and the CO reduction part is well maintained at the regeneration temperature of the catalyst of the CO reduction part. At this time, since hydrogen remains in the CO reduction section, the catalyst carried on the CO reduction section is reduced. Thereby, the oxidative deterioration of the catalyst is suppressed, and the durability of the catalyst is improved. When operating the fuel cell in the low power region, the reformed gas is supplied as the anode gas to the fuel electrode of the fuel cell, which can contribute to the removal of liquid phase water inside the fuel cell. This contributes to suppression of flooding during power generation operation.

(8)様相8に係る改質装置システムによれば、上記各様相において、制御部は、改質運転停止操作において、改質部を加熱する加熱部に冷却用気体を流入させることを特徴とする。冷却用気体(例えば空気)により改質装置を積極的に冷却させる。これにより改質装置の徐冷を抑制する。これにより改質装置が高温に長時間保持されることが抑制される。従って改質装置の構成材料の劣化を抑制することができる。例えば、改質装置の構成材料としてステンレス鋼等の合金鋼が採用されている場合には、475℃(脆化温度)付近の温度領域に長時間保持されることが抑制される。故に、475℃脆化等の高温劣化を抑制するのに有利となる。   (8) According to the reformer system according to aspect 8, in each aspect described above, the control unit causes the cooling gas to flow into the heating unit that heats the reforming unit in the reforming operation stop operation. To do. The reformer is actively cooled by a cooling gas (for example, air). This suppresses slow cooling of the reformer. This suppresses the reformer from being held at a high temperature for a long time. Accordingly, it is possible to suppress deterioration of the constituent material of the reformer. For example, when alloy steel such as stainless steel is adopted as the constituent material of the reformer, it is suppressed to be held in a temperature region near 475 ° C. (brittle temperature) for a long time. Therefore, it is advantageous for suppressing high temperature deterioration such as 475 ° C. embrittlement.

本発明に係る改質装置システムによれば、改質装置の改質運転を停止させるにあたり、入口側バルブおよび出口側バルブの双方を閉鎖する閉鎖操作と、入口側バルブが閉鎖された状態を維持しつつ、改質装置の内部が所定圧力に上昇するとき出口側バルブを開放させ、その後、出口側バルブを閉鎖する開放・閉鎖操作とを行う。この結果、改質装置の運転を停止させた後において、改質装置の内圧が過剰に上昇することを抑制するのに有利となる。このため改質装置の耐圧性を過剰にせずとも良く、改質装置を低コスト化できる。   According to the reformer system of the present invention, when stopping the reforming operation of the reformer, the closing operation for closing both the inlet side valve and the outlet side valve and the state where the inlet side valve is closed are maintained. However, when the inside of the reformer rises to a predetermined pressure, the outlet side valve is opened, and then the opening / closing operation for closing the outlet side valve is performed. As a result, after the operation of the reformer is stopped, it is advantageous to suppress an excessive increase in the internal pressure of the reformer. For this reason, the pressure resistance of the reformer need not be excessive, and the reformer can be reduced in cost.

以下、本発明の実施形態について各実施例に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on respective examples.

実施例1について図1および図2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システムに適用したものである。図1に示すように、燃料電池1は、プロトン伝導性をもつ高分子材料で形成された固体高分子膜10を燃料極11と酸化剤極12とで厚み方向に挟持する膜電極接合体13を複数組み付けて形成されている。固体高分子膜10の材質としては、炭化フッ素系樹脂(例えばパーフルオロスルホン酸樹脂)または炭化水素系樹脂が例示される。燃料電池1としては、シート状の膜電極接合体13を厚み方向に複数積層する方式でも良いし、チューブ状の膜電極接合体13を複数配置する方式でも良い。また改質装置にステンレス鋼が採用されている場合には、例えば、400〜900℃に長時間保持することで起こるステンレス鋼の脆化を抑制するのに有利となる。更に、改質装置にステンレス鋼が採用されている場合には、例えば、500〜850℃に保持することで起こり易いステンレス鋼の鋭敏化を抑制するのに有利となる。   Example 1 will be specifically described with reference to FIGS. 1 and 2. The reformer according to the present embodiment is applied to a fuel cell system. As shown in FIG. 1, a fuel cell 1 includes a membrane electrode assembly 13 in which a solid polymer membrane 10 formed of a polymer material having proton conductivity is sandwiched between a fuel electrode 11 and an oxidant electrode 12 in the thickness direction. Are assembled. Examples of the material of the solid polymer film 10 include a fluorocarbon resin (for example, perfluorosulfonic acid resin) or a hydrocarbon resin. The fuel cell 1 may be a system in which a plurality of sheet-like membrane electrode assemblies 13 are stacked in the thickness direction, or a system in which a plurality of tube-shaped membrane electrode assemblies 13 are arranged. Further, when stainless steel is employed in the reformer, it is advantageous for suppressing embrittlement of stainless steel that is caused by, for example, holding at 400 to 900 ° C. for a long time. Furthermore, when stainless steel is employed in the reformer, for example, it is advantageous to suppress the sensitization of the stainless steel that is likely to occur by maintaining the reforming apparatus at 500 to 850 ° C.

図1および図2に示すように、改質装置2は、燃焼バーナで形成された加熱部として機能する燃焼部30と、燃焼部30により加熱される改質部34と、改質部34の外周部に設けられたリング状をなす蒸発部36と、蒸発部36の外周部に設けられたリング状をなすCO酸化除去部37(CO低減部)と、燃焼通路32、33、35とをもつ。改質部34は鉛直方向に沿った中心軸芯をもつ筒形状をなしており、改質用原料を改質させて改質ガスを生成するものである。改質部34は、燃焼部30に対面する筒状の燃焼通路32をもつ。改質部34の回りを包囲するように筒状の燃焼通路33が同軸的に形成されている。燃焼通路33に連通するようにこれの外側に筒状の燃焼通路35が同軸的に形成されている。燃焼通路33と燃焼通路35との間には、筒状の断熱部31が同軸的に形成されている。更に、燃焼通路35の回りを包囲するように、原料水を蒸発させる蒸発部36が同軸的に形成されている。蒸発部36の回りにCO酸化除去部37(CO選択酸化部ともいう)が同軸的に隣接して形成されている。従って蒸発部36とCO酸化除去部37とは互いに伝熱可能であり、熱交換可能である。ここで、蒸発部36およびCO酸化除去部37は非同軸的配置でも良い。要するに両者は互いに熱交換可能であれば良い。   As shown in FIGS. 1 and 2, the reformer 2 includes a combustion unit 30 that functions as a heating unit formed by a combustion burner, a reforming unit 34 that is heated by the combustion unit 30, and a reforming unit 34. A ring-shaped evaporation part 36 provided on the outer peripheral part, a ring-shaped CO oxidation removing part 37 (CO reduction part) provided on the outer peripheral part of the evaporation part 36, and combustion passages 32, 33, 35 Have. The reforming section 34 has a cylindrical shape having a central axis along the vertical direction, and reforms the reforming raw material to generate a reformed gas. The reforming section 34 has a cylindrical combustion passage 32 that faces the combustion section 30. A cylindrical combustion passage 33 is formed coaxially so as to surround the reforming portion 34. A cylindrical combustion passage 35 is coaxially formed outside the combustion passage 33 so as to communicate with the combustion passage 33. A cylindrical heat insulating portion 31 is formed coaxially between the combustion passage 33 and the combustion passage 35. Further, an evaporation portion 36 for evaporating the raw water is coaxially formed so as to surround the combustion passage 35. A CO oxidation removal unit 37 (also referred to as a CO selective oxidation unit) is coaxially formed adjacent to the evaporation unit 36. Therefore, the evaporation unit 36 and the CO oxidation removal unit 37 can transfer heat to each other and can exchange heat. Here, the evaporating unit 36 and the CO oxidation removing unit 37 may be arranged non-coaxially. In short, both need only be able to exchange heat with each other.

図1および図2に示すように、改質部34は内通路34iと外通路34pと折返部34mとをもつ。燃焼部30で加熱される改質部34により、蒸発部36は加熱される。蒸発部36の回りを包囲するように、筒状のCO酸化除去部37が配置されているため、蒸発部36の外周部とCO酸化除去部37の内周部とは、互いに熱交換可能に隣接されている。改質装置2の運転中においては、一般的に、液相状態の水が蒸発する蒸発部36の温度よりもCO酸化除去部37の温度が高いため、CO酸化除去部37は蒸発部36に熱を与える。CO酸化除去部37の外周部は、これを包囲して保温するために、高い断熱性をもつ筒状の断熱材39(断熱部)で覆われている。但し、図2に示すように、CO酸化除去部37のうち、COシフト部5を経た改質ガスが供給される入口37i付近には、断熱材39が設けられていない。故に断熱材39の下端部39uは入口37iに到達していない。その主たる理由としては、当該改質ガスの温度がCO酸化除去部37の触媒37eの活性化温度よりもやや高いことがあるため、当該改質ガスを冷やすためである。   As shown in FIGS. 1 and 2, the reforming portion 34 has an inner passage 34i, an outer passage 34p, and a turning portion 34m. The evaporation unit 36 is heated by the reforming unit 34 heated by the combustion unit 30. Since the cylindrical CO oxidation removal unit 37 is disposed so as to surround the evaporation unit 36, the outer peripheral part of the evaporation unit 36 and the inner peripheral part of the CO oxidation removal unit 37 can exchange heat with each other. Adjacent. During operation of the reformer 2, since the temperature of the CO oxidation removing unit 37 is generally higher than the temperature of the evaporation unit 36 at which liquid phase water evaporates, the CO oxidation removing unit 37 is connected to the evaporation unit 36. Give heat. The outer peripheral portion of the CO oxidation removing portion 37 is covered with a cylindrical heat insulating material 39 (heat insulating portion) having a high heat insulating property in order to surround and retain the temperature. However, as shown in FIG. 2, the heat insulating material 39 is not provided in the vicinity of the inlet 37 i to which the reformed gas that has passed through the CO shift unit 5 is supplied in the CO oxidation removal unit 37. Therefore, the lower end 39u of the heat insulating material 39 does not reach the inlet 37i. The main reason is that the temperature of the reformed gas is slightly higher than the activation temperature of the catalyst 37e of the CO oxidation removing unit 37, and thus the reformed gas is cooled.

改質部34は、改質反応を促進させる改質触媒34e(例えばニッケル系、ルテニウム系)を担持する担体を有する。改質触媒34eの活性温度域は一般的には300〜800℃であるが、これに限定されるものではない。改質部34の温度がこれの活性温度域から大きく外れると、改質部34の改質反応が損なわれるおそれがある。改質部34は下記の式(1)に基づいて、改質用原料と水蒸気とに基づいて水蒸気改質を行い、水素を含有する改質ガスを生成する。改質ガスは一酸化炭素を含有する。なお改質部34では下記の式(2)のシフト反応も発生している。   The reforming unit 34 includes a carrier that supports a reforming catalyst 34e (for example, nickel-based or ruthenium-based) that promotes a reforming reaction. The activation temperature range of the reforming catalyst 34e is generally 300 to 800 ° C., but is not limited thereto. If the temperature of the reforming unit 34 deviates greatly from the activation temperature range, the reforming reaction of the reforming unit 34 may be impaired. Based on the following formula (1), the reforming unit 34 performs steam reforming based on the reforming raw material and steam to generate a reformed gas containing hydrogen. The reformed gas contains carbon monoxide. In the reforming section 34, the shift reaction of the following formula (2) also occurs.

更に、図1および図2に示すように、改質装置2は、改質部34の下方に配置された熱交換部4と、熱交換部4の下方に配置されたCO浄化部として機能するCOシフト部5と、COシフト部5と熱交換部4との間に配置された電気式のヒータをもつ暖機部47とを備えている。ここで、蒸発部36の下流に熱交換部4が設けられ、熱交換部4の下流にCOシフト部5が設けられている。   Furthermore, as shown in FIGS. 1 and 2, the reformer 2 functions as a heat exchange unit 4 disposed below the reforming unit 34 and a CO purification unit disposed below the heat exchange unit 4. A CO shift unit 5 and a warm-up unit 47 having an electric heater disposed between the CO shift unit 5 and the heat exchange unit 4 are provided. Here, the heat exchange unit 4 is provided downstream of the evaporation unit 36, and the CO shift unit 5 is provided downstream of the heat exchange unit 4.

COシフト部5は、下記の(2)式に基づいて、水蒸気を利用するシフト反応を促進させ、改質ガスに含まれているCOを低減させる。COシフト部5はシフト触媒5e(例えば銅−亜鉛系触媒)を担持する担体を有する。シフト触媒5eの活性温度域は一般的には160〜300℃であるが、これに限定されるものではない。COシフト部5の温度がこれの活性温度域から大きく外れると、COシフト部5のシフト反応が損なわれ、一酸化炭素が充分に浄化されないおそれがある。COシフト部5で浄化された改質ガスに含まれているCOの濃度は、改質用原料にもよるが、一般的にはモル比で0.01〜1%であるが、これに限られるものではない。COシフト部5は通路5iと通路5vと折返部5mとをもつ。COシフト部5の出口5pと酸化用空気通路75とは、第2合流域M2を介して浄化通路400により接続されている。   The CO shift unit 5 promotes a shift reaction using water vapor based on the following formula (2), and reduces CO contained in the reformed gas. The CO shift unit 5 includes a carrier that supports a shift catalyst 5e (for example, a copper-zinc catalyst). The active temperature range of the shift catalyst 5e is generally 160 to 300 ° C., but is not limited thereto. If the temperature of the CO shift unit 5 greatly deviates from the activation temperature range, the shift reaction of the CO shift unit 5 may be impaired, and carbon monoxide may not be sufficiently purified. The concentration of CO contained in the reformed gas purified by the CO shift unit 5 is generally 0.01 to 1% in molar ratio, although it depends on the reforming raw material. It is not something that can be done. The CO shift unit 5 has a passage 5i, a passage 5v, and a turning portion 5m. The outlet 5p of the CO shift unit 5 and the oxidation air passage 75 are connected by a purification passage 400 via the second merge region M2.

CO酸化除去部37は、COシフト部5の下流に配置されており、COシフト部5で浄化された改質ガスに含まれている水素およびCOから、COを下記の式(3)に基づいて、選択的に酸化させて低減させる選択酸化反応を促進させるものである。CO酸化除去部37は、触媒37e(例えばルテニウム系、白金系、白金−ルテニウム系等の貴金属系触媒)を担持するセラミックス(例えばアルミナ)製の担体を有する。酸素含有雰囲気において、触媒37eの活性温度域は一般的には100〜220℃である。水素含有雰囲気において、触媒37eの活性温度域は一般的には200〜450℃である。但しこれに限られるものではない。酸素含有雰囲気においてCO酸化除去部37の温度がこれの活性温度域から大きく外れると、CO酸化除去部37における選択酸化反応が損なわれるおそれがある。CO酸化除去部37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。但しこれに限られるものではない。
式(1)…CH+HO→3H+CO
式(2)…CO+HO→H+CO
式(3)…CO+1/2O→CO
COシフト部5はCO酸化除去部37の上流に配置されているため、改質装置2の運転時には、式(2)→式(3)の順に実行される。
The CO oxidation removing unit 37 is disposed downstream of the CO shift unit 5, and CO is converted into CO based on the following formula (3) from hydrogen and CO contained in the reformed gas purified by the CO shift unit 5. Thus, the selective oxidation reaction that is selectively oxidized and reduced is promoted. The CO oxidation removing unit 37 has a ceramic (for example, alumina) carrier that supports a catalyst 37e (for example, a ruthenium-based, platinum-based, platinum-ruthenium-based noble metal-based catalyst). In an oxygen-containing atmosphere, the activation temperature range of the catalyst 37e is generally 100 to 220 ° C. In a hydrogen-containing atmosphere, the activation temperature range of the catalyst 37e is generally 200 to 450 ° C. However, it is not limited to this. If the temperature of the CO oxidation removing unit 37 greatly deviates from the activation temperature range in the oxygen-containing atmosphere, the selective oxidation reaction in the CO oxidation removing unit 37 may be impaired. The concentration of CO contained in the reformed gas purified by the CO oxidation removing unit 37 is generally 10 ppm or less. However, it is not limited to this.
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
Since the CO shift unit 5 is disposed upstream of the CO oxidation removing unit 37, when the reforming apparatus 2 is operated, the CO shift unit 5 is executed in the order of Expression (2) → Expression (3).

本実施例によれば、改質装置2の運転中にCOシフト部5は、水素リッチとなり、還元条件となる。このため、COシフト部5の触媒5eが酸化しているときであっても、触媒5eは改質装置2の運転中に還元され易い。しかしCO酸化除去部37の触媒37eは、改質装置の運転中だけでは還元されにくい。CO酸化除去部37に酸素が供給されている状態では、CO酸化除去部37の触媒37eの活性温度域(例えば100〜220℃)が存在する。この温度を超えると、酸化雰囲気では触媒37eの劣化が進行し易いため、220℃を越えないことが好ましいと言われている。但し触媒37eの組成が変更されると、その温度も変更される。   According to the present embodiment, the CO shift unit 5 becomes rich in hydrogen during the operation of the reformer 2, and is in a reducing condition. For this reason, even when the catalyst 5e of the CO shift unit 5 is oxidized, the catalyst 5e is easily reduced during operation of the reformer 2. However, the catalyst 37e of the CO oxidation removing unit 37 is not easily reduced only during operation of the reformer. In a state where oxygen is supplied to the CO oxidation removing unit 37, an active temperature range (for example, 100 to 220 ° C.) of the catalyst 37e of the CO oxidation removing unit 37 exists. If this temperature is exceeded, it is said that it is preferable not to exceed 220 ° C. since the deterioration of the catalyst 37e easily proceeds in an oxidizing atmosphere. However, when the composition of the catalyst 37e is changed, the temperature is also changed.

次に通路系について説明する。図1に示すように、燃料供給源61にバルブ25aを介して繋がる燃料通路62が設けられている。燃料供給源61の燃料としては気体燃料でも、液体燃料でも、粉化燃料でも良い。具体的には、炭化水素系燃料、アルコール系燃料が例示される。例えば都市ガス、LPG、灯油、メタノール、ジメチルエーテル、ガソリン、バイオガス等が例示される。前記した燃料通路62は、バルブ25a,ポンプ27aを介して改質部34の燃焼部30に繋がる燃焼用燃料通路62aと、熱交換部4の入口4iにポンプ27b、脱硫器62xおよびバルブ25bを介して繋がる改質用原料通路62cとをもつ。空気供給源71に繋がる空気通路72(酸素供給部)が設けられている。空気通路72は、ポンプ27cを介して改質部34の燃焼部30に繋がる燃焼用空気通路73と、空気浄化フィルタ72x、ポンプ27dおよびバルブ25dを介してCO酸化除去部37の入口37iに繋がる酸化用空気通路75(酸素供給部)とをもつ。   Next, the passage system will be described. As shown in FIG. 1, a fuel passage 62 connected to the fuel supply source 61 through a valve 25a is provided. The fuel of the fuel supply source 61 may be gaseous fuel, liquid fuel, or pulverized fuel. Specifically, hydrocarbon fuel and alcohol fuel are exemplified. For example, city gas, LPG, kerosene, methanol, dimethyl ether, gasoline, biogas and the like are exemplified. The fuel passage 62 includes a combustion fuel passage 62a connected to the combustion section 30 of the reforming section 34 via a valve 25a and a pump 27a, and a pump 27b, a desulfurizer 62x and a valve 25b at the inlet 4i of the heat exchange section 4. And a reforming raw material passage 62c connected via each other. An air passage 72 (oxygen supply unit) connected to the air supply source 71 is provided. The air passage 72 is connected to the combustion air passage 73 connected to the combustion unit 30 of the reforming unit 34 through the pump 27c, and to the inlet 37i of the CO oxidation removal unit 37 through the air purification filter 72x, the pump 27d, and the valve 25d. It has an oxidation air passage 75 (oxygen supply part).

図1および図2に示すように、水タンク81と蒸発部36の入口36iとをポンプ27mおよびバルブ25mを介して繋ぐ改質水通路82(水供給部)が設けられている。更に、CO酸化除去部37の出口37pと燃料電池1の燃料極11の入口11iとをバルブ25e(出口側バルブ)を介して繋ぐアノードガス通路100(改質ガス吐出路)が設けられている。アノードガス通路100には、改質装置2の内部の圧力P1を検知する圧力検知手段としての圧力センサ105(図1,図2参照)が配置されている。CO酸化除去部37の出口37pは、CO酸化除去部37の高さ方向の上部側に形成されている。燃料電池1の燃料極11の出口11pと燃焼部30とをバルブ25f(出口側バルブ)を介して繋ぐオフガス通路110が設けられている。オフガス通路110は発電反応後のアノードオフガスを排出させる。オフガス通路110とアノードガス通路100とをバルブ25h(外気に連通する出口側バルブ)を介して繋ぐバイパス通路150が設けられている。   As shown in FIGS. 1 and 2, a reforming water passage 82 (water supply unit) is provided that connects the water tank 81 and the inlet 36i of the evaporation unit 36 via a pump 27m and a valve 25m. Furthermore, an anode gas passage 100 (reformed gas discharge passage) that connects the outlet 37p of the CO oxidation removing unit 37 and the inlet 11i of the fuel electrode 11 of the fuel cell 1 via a valve 25e (outlet side valve) is provided. . In the anode gas passage 100, a pressure sensor 105 (see FIGS. 1 and 2) is disposed as pressure detection means for detecting the pressure P1 inside the reformer 2. The outlet 37p of the CO oxidation removing unit 37 is formed on the upper side of the CO oxidation removing unit 37 in the height direction. An off-gas passage 110 that connects the outlet 11p of the fuel electrode 11 of the fuel cell 1 and the combustion unit 30 via a valve 25f (outlet side valve) is provided. The off gas passage 110 discharges the anode off gas after the power generation reaction. A bypass passage 150 is provided that connects the off gas passage 110 and the anode gas passage 100 via a valve 25h (an outlet side valve that communicates with outside air).

図1に示すように、空気供給源71と燃料電池1の酸化剤極12の入口12iとを繋ぐカソードガス通路200が設けられている。カソードガス通路200は、ポンプ27kおよびバルブ25kを介して連通する。図1に示すように、改質部34で燃焼された燃焼排ガスを外部に放出させる燃焼排ガス通路250が設けられている。改質装置2の蒸発部36の出口36pと改質用原料通路62cとを第1合流域M1を介して繋ぐ水蒸気通路300が設けられている。水蒸気通路300の上端部300eは蒸発部36の出口36pに繋がる。水蒸気通路300の下端部300fは合流域M1に繋がる。ポンプ27a,27b,27c,27d,27k,27mは、流体搬送要素として機能する。   As shown in FIG. 1, a cathode gas passage 200 that connects the air supply source 71 and the inlet 12 i of the oxidant electrode 12 of the fuel cell 1 is provided. The cathode gas passage 200 communicates with the pump 27k and the valve 25k. As shown in FIG. 1, a combustion exhaust gas passage 250 is provided for releasing the combustion exhaust gas combusted in the reforming section 34 to the outside. A steam passage 300 is provided that connects the outlet 36p of the evaporation section 36 of the reformer 2 and the reforming raw material passage 62c via the first merge region M1. The upper end portion 300 e of the water vapor passage 300 is connected to the outlet 36 p of the evaporation portion 36. The lower end portion 300f of the water vapor passage 300 is connected to the merge area M1. The pumps 27a, 27b, 27c, 27d, 27k, and 27m function as fluid conveying elements.

図1および図2に示すように、COシフト部5の出口5pとCO酸化除去部37の入口37iとは、浄化通路400で接続されている。COシフト部5の出口5pから吐出された改質ガス(水素を主要成分(40モル%以上)とし、一酸化炭素を含有)は、浄化通路400を上向きに矢印W2方向に流れ、第2合流域M2を経てCO酸化除去部37の入口37iに供給される。入口37iは、CO酸化除去部37の高さ方向の下部側に形成されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the outlet 5 p of the CO shift unit 5 and the inlet 37 i of the CO oxidation removing unit 37 are connected by a purification passage 400. The reformed gas discharged from the outlet 5p of the CO shift unit 5 (with hydrogen as a main component (40 mol% or more) and containing carbon monoxide) flows upward in the direction of the arrow W2 through the purification passage 400, and enters the second combination. It is supplied to the inlet 37i of the CO oxidation removing unit 37 through the basin M2. The inlet 37 i is formed on the lower side in the height direction of the CO oxidation removing unit 37.

次に改質装置2を起動させるときについて図1を参照して説明する。この場合、ポンプ27cにより燃焼用空気通路73を介して燃焼用空気を改質部34の燃焼部30に供給する。また、バルブ25aおよびポンプ27aにより燃焼用燃料通路62aを介してガス状の燃焼用燃料を改質部34の燃焼部30に供給する。これにより燃焼部30が着火されて加熱され、ひいては改質部34が改質反応に適するように加熱される(例えば600〜800℃)。改質部34および燃焼通路35と共に蒸発部36およびCO酸化除去部37も、高温に加熱される。   Next, when the reforming apparatus 2 is started will be described with reference to FIG. In this case, the combustion air is supplied to the combustion unit 30 of the reforming unit 34 by the pump 27 c through the combustion air passage 73. Further, gaseous combustion fuel is supplied to the combustion section 30 of the reforming section 34 through the combustion fuel passage 62a by the valve 25a and the pump 27a. As a result, the combustion section 30 is ignited and heated, and as a result, the reforming section 34 is heated so as to be suitable for the reforming reaction (for example, 600 to 800 ° C.). The evaporating unit 36 and the CO oxidation removing unit 37 together with the reforming unit 34 and the combustion passage 35 are also heated to a high temperature.

その後、水タンク81および改質水通路82からポンプ27mおよびバルブ25mを介して、改質水(改質反応前の水)が蒸発部36の入口36iに供給される。改質水は改質装置2の高温の蒸発部36において水蒸気化される。生成された水蒸気は、蒸発部36の出口36pから水蒸気通路300を経て第1合流域M1に到達する。第1合流域M1は、水蒸気通路300を流れる水蒸気または凝縮水と、改質用原料通路62cを流れる改質用原料とが合流する領域である。これに対して、改質用原料はバルブ25a,ポンプ27b,バルブ25bにより、脱硫器62x、改質用原料通路62cおよび第1合流域M1を経て熱交換部4の入口4iに供給される。第1合流域M1において、改質用原料通路62cの改質用原料と水蒸気通路300の水蒸気とが合流して混合される。合流した混合流体が熱交換部4の入口4iに供給される。   Thereafter, the reforming water (water before the reforming reaction) is supplied from the water tank 81 and the reforming water passage 82 to the inlet 36i of the evaporation section 36 via the pump 27m and the valve 25m. The reformed water is steamed in the high temperature evaporator 36 of the reformer 2. The generated water vapor reaches the first merge region M1 through the water vapor passage 300 from the outlet 36p of the evaporation section 36. The first merge region M1 is a region where the steam or condensed water flowing through the steam passage 300 and the reforming raw material flowing through the reforming raw material passage 62c merge. On the other hand, the reforming raw material is supplied to the inlet 4i of the heat exchanging unit 4 through the desulfurizer 62x, the reforming raw material passage 62c, and the first merge region M1 by the valve 25a, the pump 27b, and the valve 25b. In the first merge region M1, the reforming raw material in the reforming raw material passage 62c and the steam in the steam passage 300 are merged and mixed. The merged mixed fluid is supplied to the inlet 4 i of the heat exchange unit 4.

混合流体は熱交換部4の低温側の第1通路4aを通過する。このとき熱交換部4の高温側の第2通路4cを流れる高温の改質ガスと熱交換する。このため、改質反応前の混合流体が加熱される。混合流体は改質部34の外通路34pに流入し、矢印A1方向に流れ、折返部34mを経て内通路34iに流入し、矢印A2方向に流れる。このとき水蒸気(または凝縮水)および改質用原料が混合した混合流体は、上記した(1)に示す改質反応により、水素リッチな改質ガスとなる。この改質ガスは一酸化炭素を含有する。   The mixed fluid passes through the first passage 4 a on the low temperature side of the heat exchange unit 4. At this time, heat exchange is performed with the high-temperature reformed gas flowing through the second passage 4c on the high temperature side of the heat exchange unit 4. For this reason, the mixed fluid before the reforming reaction is heated. The mixed fluid flows into the outer passage 34p of the reforming portion 34, flows in the direction of arrow A1, flows into the inner passage 34i through the turn-up portion 34m, and flows in the direction of arrow A2. At this time, the mixed fluid in which the steam (or condensed water) and the reforming raw material are mixed becomes a hydrogen-rich reformed gas by the reforming reaction shown in (1). This reformed gas contains carbon monoxide.

更に、改質反応を経た高温の改質ガスは、改質部34から熱交換部4に流入する。即ち、高温の改質ガスは、改質部34から熱交換部4の高温側の第2通路4cを通過することにより、低温側の第1通路4aの混合流体を加熱する。更に、改質ガスは、暖機部47を経て、COシフト部5の入口5iからCOシフト部5の内部に流入する。COシフト部5においては、上記した式(2)に示すように、水蒸気を利用したシフト反応が行われる。これにより改質ガスに含まれている一酸化炭素が低減され、改質ガスは浄化される。   Further, the high-temperature reformed gas that has undergone the reforming reaction flows from the reforming section 34 into the heat exchanging section 4. That is, the high-temperature reformed gas passes through the second passage 4c on the high temperature side of the heat exchange unit 4 from the reforming unit 34, thereby heating the mixed fluid in the first passage 4a on the low temperature side. Further, the reformed gas flows into the CO shift unit 5 from the inlet 5 i of the CO shift unit 5 through the warm-up unit 47. In the CO shift unit 5, a shift reaction using water vapor is performed as shown in the above formula (2). As a result, carbon monoxide contained in the reformed gas is reduced, and the reformed gas is purified.

更に、COシフト部5において浄化された改質ガスは、COシフト部5の出口5pから浄化通路400を経て矢印W2方向に流れ、第2合流域M2に至る。更に改質ガスは、酸化用空気通路75(酸素供給部)の酸化用空気(酸素成分,CO酸化除去部37における選択反応に使用される選択酸化用空気)と第2合流域M2において合流する。従って、第2合流域M2は、浄化通路400を流れる改質ガスと、酸化用空気通路75を流れる酸化用空気(酸素成分)とが合流する領域である。そして、合流した改質ガスは、CO酸化除去部37の下部に形成されている入口37iから、CO酸化除去部37内に流入する。CO酸化除去部37においては、上記した式(3)に示すように、酸素を利用した酸化反応(CO+1/2O→CO)が行われる。この結果、改質ガスに含まれているCOが浄化されて更に低減される。酸化反応は発熱を伴う。 Further, the reformed gas purified in the CO shift unit 5 flows from the outlet 5p of the CO shift unit 5 through the purification passage 400 in the direction of the arrow W2 and reaches the second merge region M2. Further, the reformed gas merges with the oxidizing air (oxygen component, selective oxidizing air used for the selective reaction in the CO oxidation removing unit 37) in the oxidizing air passage 75 (oxygen supply unit) in the second merge region M2. . Accordingly, the second merge region M2 is a region where the reformed gas flowing through the purification passage 400 and the oxidation air (oxygen component) flowing through the oxidation air passage 75 merge. The merged reformed gas flows into the CO oxidation removing unit 37 from an inlet 37 i formed at the lower part of the CO oxidation removing unit 37. In the CO oxidation removing unit 37, an oxidation reaction (CO + 1 / 2O 2 → CO 2 ) using oxygen is performed as shown in the above formula (3). As a result, CO contained in the reformed gas is purified and further reduced. The oxidation reaction is exothermic.

このように浄化された改質ガスは、CO酸化除去部37の出口37pからアノードガスとして、アノードガス通路100,バルブ25eを経て燃料電池1の燃料極11の入口11iに供給される。カソードガスとして機能する空気は、ポンプ27k,バルブ25kによりカソ−ドガス通路200を経て燃料電池1の酸化剤極12の入口12iに供給される。これにより燃料電池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。アノードガスの発電反応後のオフガス(燃料電池1から排出されたガス)は、発電反応に使用されなかった水素を含有することがある。このためオフガスはオフガス通路110を経て改質部34の燃焼部30に供給されて燃焼され、燃焼部30の熱源となる。   The reformed gas thus purified is supplied as an anode gas from the outlet 37p of the CO oxidation removing section 37 to the inlet 11i of the fuel electrode 11 of the fuel cell 1 through the anode gas passage 100 and the valve 25e. The air functioning as the cathode gas is supplied to the inlet 12i of the oxidant electrode 12 of the fuel cell 1 through the cathode gas passage 200 by the pump 27k and the valve 25k. As a result, a power generation reaction occurs in the fuel cell 1 and electric energy is generated. The off gas after the power generation reaction of the anode gas (the gas discharged from the fuel cell 1) may contain hydrogen that has not been used for the power generation reaction. For this reason, the off gas is supplied to the combustion unit 30 of the reforming unit 34 through the off gas passage 110 and burned, and becomes a heat source of the combustion unit 30.

なお、改質装置2の起動開始時では、改質ガスの組成の安定性が必ずしも充分でないときがある。このため、起動開始時では、バルブ25e,バルブ25fが閉鎖されている。この状態で、CO酸化除去部37の出口37pから吐出される改質ガスは、バルブ25h(出口側バルブ)を通過し、バイパス通路150およびオフガス通路110を介して燃焼部30に送られ、燃焼部30の熱源となる。改質装置2の起動開始から時間が経過すると、改質ガスの組成が安定する。この場合、バルブ25hが閉鎖され、バルブ25e,バルブ25fが開放される。このため、CO酸化除去部37の出口37pから吐出される改質ガスは、アノードガスとして、アノードガス通路100,バルブ25eを経て燃料電池1の燃料極11の入口11iに供給され、発電反応に使用される。   In addition, at the time of starting the reforming apparatus 2, the stability of the reformed gas composition may not always be sufficient. For this reason, the valve 25e and the valve 25f are closed at the start of activation. In this state, the reformed gas discharged from the outlet 37p of the CO oxidation removing unit 37 passes through the valve 25h (outlet side valve), and is sent to the combustion unit 30 through the bypass passage 150 and the off-gas passage 110 to burn. It becomes a heat source for the unit 30. As time elapses from the start of the reforming device 2, the composition of the reformed gas becomes stable. In this case, the valve 25h is closed and the valves 25e and 25f are opened. For this reason, the reformed gas discharged from the outlet 37p of the CO oxidation removing unit 37 is supplied as an anode gas to the inlet 11i of the fuel electrode 11 of the fuel cell 1 through the anode gas passage 100 and the valve 25e to generate a power generation reaction. used.

図1に示すように、COシフト部5のうち上流側(通路5iの入口側)の温度T11を検知するCOシフト部温度検知器55が設けられている。COシフト部5のうち折返部5m付近の温度T31を検知するCOシフト部温度検知器39が設けられている。CO酸化除去部37のうち上流側の温度T12を検知するCO酸化除去部温度検知器38が設けられている。更に、改質部34の出口側の温度T1を検知する改質部温度検知器31tが設けられている。水蒸気と改質用原料とが合流する第1合流域M1の温度T2を検知する温度検知器65が設けられている。なお、図1に示すように、改質装置システムを制御する制御部500は、図略のマイコン、入力処理回路、出力処理回路、メモリ502をもつ。起動スイッチ504,停止スイッチ505の各信号は制御部500に入力される。   As shown in FIG. 1, a CO shift unit temperature detector 55 that detects a temperature T11 on the upstream side (inlet side of the passage 5i) of the CO shift unit 5 is provided. A CO shift portion temperature detector 39 for detecting a temperature T31 in the vicinity of the turning portion 5m of the CO shift portion 5 is provided. A CO oxidation removal unit temperature detector 38 for detecting the upstream temperature T12 of the CO oxidation removal unit 37 is provided. Further, a reforming unit temperature detector 31t for detecting the temperature T1 on the outlet side of the reforming unit 34 is provided. A temperature detector 65 that detects the temperature T2 of the first joining region M1 where the steam and the reforming raw material join together is provided. As shown in FIG. 1, the control unit 500 that controls the reformer system includes an unillustrated microcomputer, input processing circuit, output processing circuit, and memory 502. Each signal of the start switch 504 and the stop switch 505 is input to the control unit 500.

さて本実施例の要部構成について説明する。改質装置2の運転中において、水素を主要成分(40モル%以上)とする改質ガスが生成されている。燃料電池システムの発電運転を停止させるとき、改質装置2の改質運転を停止させる改質運転停止操作を実施する。この場合、ポンプ27mが停止し、改質水が改質装置2の蒸発部36に供給されることが停止される。更に、ポンプ27aが停止するため、燃焼部30に燃焼用燃料(13Aガス)が供給されなくなるので、燃焼部30の燃焼は停止される。改質装置2は時間経過につれて放熱により次第に冷却される。しかしながら運転停止直後においては改質装置2が余熱によりまだ高温であるため、改質装置2(主に蒸発部36)に残留している液相状の水が加熱されて水蒸気となり、改質装置2の内部の圧力P1が次第に高圧となる。   Now, the configuration of the main part of the present embodiment will be described. During operation of the reformer 2, reformed gas containing hydrogen as a main component (40 mol% or more) is generated. When the power generation operation of the fuel cell system is stopped, a reforming operation stop operation for stopping the reforming operation of the reformer 2 is performed. In this case, the pump 27m is stopped, and the supply of the reforming water to the evaporation unit 36 of the reformer 2 is stopped. Further, since the pump 27a is stopped, the combustion fuel (13A gas) is not supplied to the combustion unit 30, so the combustion of the combustion unit 30 is stopped. The reformer 2 is gradually cooled by heat dissipation over time. However, immediately after the operation is stopped, the reformer 2 is still at a high temperature due to residual heat, so that the liquid phase water remaining in the reformer 2 (mainly the evaporation section 36) is heated to become steam, and the reformer The pressure P1 inside 2 gradually increases.

このときには制御部500は、(i)〜(iii)の各操作を実施する改質運転停止操作を行う。
(i)制御部500は、バルブ25a、バルブ25b、バルブ25d、バルブ25m(これらのバルブは入口側バルブ)を閉鎖する。
(ii)上記した入口側バルブを閉鎖した時刻から第1所定時間(例えば0.5〜20秒、0.5〜10秒)経過した後、制御部500は、バルブ25e(燃料電池の燃料極に繋がる出口側バルブ)、バルブ25h(外気に連通する出口側バルブ)およびバルブ25f(出口側バルブ)を閉鎖する閉鎖操作を行う。即ち、入口側バルブの閉鎖に時間的に遅延して出口側バルブを閉鎖させる。
(iii)改質装置2に残留している液相状の水が余熱により加熱されて水蒸気化する。このため、改質装置2の内部の圧力P1が所定圧力(例えば5kPa、ゲージ圧)に上昇する。すると、制御部500は、バルブ25a、バルブ25b、バルブ25d、バルブ25m(これらは入口側バルブ)が閉鎖された状態を維持しつつ、バルブ25h(出口側バルブ)を第6所定時間(Δt)を開放させる。これにより改質装置2の内部の高い圧力を逃がす。その後、バルブ25h(燃焼排ガス通路250を介して外気に繋がる出口側バルブ)を再び閉鎖する開放・閉鎖操作を行う。ここで、(iii)の操作は1回でも良いし、複数回実施しても良い。要するに、水蒸気化により改質装置2の内部の圧力P1が所定圧力に上昇する度に、バルブ25hを開放させることが好ましい。上記したように改質装置2の内部が所定圧力に上昇すると、バルブ25h(出口側バルブ)をその都度開放させて圧力を逃がすため、改質装置2の内部の圧力P1が過剰に上昇することが抑制される。従って改質装置2の耐圧構造を過剰にせずとも良い。
At this time, the control unit 500 performs a reforming operation stop operation for performing the operations (i) to (iii).
(I) The control unit 500 closes the valves 25a, 25b, 25d, and 25m (these valves are inlet side valves).
(Ii) After a first predetermined time (for example, 0.5 to 20 seconds, 0.5 to 10 seconds) has elapsed since the time when the inlet side valve was closed, the control unit 500 controls the valve 25e (the fuel electrode of the fuel cell). The closing operation is performed to close the valve 25h (the outlet side valve communicating with the outside air) and the valve 25f (the outlet side valve). That is, the outlet side valve is closed with a time delay after the inlet side valve is closed.
(Iii) Liquid phase water remaining in the reformer 2 is heated by residual heat to be steamed. For this reason, the pressure P1 inside the reformer 2 rises to a predetermined pressure (for example, 5 kPa, gauge pressure). Then, the control unit 500 maintains the valve 25a (valve 25b), the valve 25d, and the valve 25m (these are the inlet side valves) while closing the valve 25h (outlet side valve) for the sixth predetermined time (Δt). To release. Thereby, the high pressure inside the reformer 2 is released. Thereafter, an opening / closing operation for closing the valve 25h (the outlet side valve connected to the outside air via the combustion exhaust gas passage 250) again is performed. Here, the operation (iii) may be performed once or a plurality of times. In short, it is preferable to open the valve 25h each time the pressure P1 inside the reformer 2 rises to a predetermined pressure due to steaming. As described above, when the inside of the reformer 2 rises to a predetermined pressure, the valve 25h (outlet side valve) is opened each time to release the pressure, so that the pressure P1 inside the reformer 2 rises excessively. Is suppressed. Therefore, the pressure-resistant structure of the reformer 2 need not be excessive.

上記した一連の改質運転停止操作が実施されると、改質装置2内で生成されていた改質ガスの全部が改質装置2の外部に排出されることが抑制される。従って、水素を主要成分とする改質ガスのかなりの量を、改質装置2に内部に積極的に残留させることができる。即ち、バルブ25a、バルブ25b、バルブ25dおよびバルブ25m(これらは入口側バルブ)を閉鎖すると共に、バルブ25eおよびバルブ25h(これらは出口側バルブ)およびバルブ25fを閉鎖する閉鎖操作を行うため、還元性をもつ水素を主要成分とする改質ガスを改質装置2に内部にできるだけ残留させることができる。これにより改質装置2の停止操作中および待機中において、改質装置2に担持されている触媒34e,37e,5eの酸化劣化が抑制される。故に当該触媒の耐久性が向上する。   When the above-described series of reforming operation stop operations is performed, the entire reformed gas generated in the reformer 2 is suppressed from being discharged to the outside of the reformer 2. Therefore, a considerable amount of the reformed gas containing hydrogen as a main component can be actively left inside the reformer 2. That is, the valve 25a, the valve 25b, the valve 25d, and the valve 25m (these are inlet side valves) are closed, and the valve 25e, the valve 25h (these are outlet side valves) and the valve 25f are closed. It is possible to leave as much as possible the reformed gas mainly containing hydrogen having a property in the reformer 2. As a result, during the stop operation of the reformer 2 and during standby, the oxidative deterioration of the catalysts 34e, 37e, 5e carried on the reformer 2 is suppressed. Therefore, the durability of the catalyst is improved.

ところで、改質装置2の運転を停止させると、高温状態の改質装置2が冷却されるに伴い、水蒸気が凝縮するため、改質装置2の内部で過剰な負圧化が発生するおそれがある。この場合、過剰な負圧化に伴い、外気が改質装置2の内部に上記バルブを介して過剰に進入するおそれがある。この場合、外気は酸素を含む空気であるため、改質装置2の待機中において、改質装置2の内部の触媒34e,37e,5eが酸化劣化するおそれがある。これを抑えるためには、上記した入口側バルブおよび出口側バルブに相当するバルブについて、閉止力が強い耐圧シール力が高い高価なものにすることが好ましい。しかしこのような入口側バルブおよび出口側バルブはコスト高であり、コスト低廉化の観点からは好ましくない。   By the way, when the operation of the reforming apparatus 2 is stopped, the steam is condensed as the reforming apparatus 2 in the high temperature state is cooled, so that excessive negative pressure may occur inside the reforming apparatus 2. is there. In this case, there is a possibility that outside air may excessively enter the interior of the reformer 2 through the valve due to excessive negative pressure. In this case, since the outside air is oxygen-containing air, the catalysts 34e, 37e, 5e inside the reformer 2 may be oxidized and deteriorated while the reformer 2 is on standby. In order to suppress this, it is preferable to make the valves corresponding to the above-described inlet side valve and outlet side valve expensive with a high pressure-resistant sealing force with a strong closing force. However, such an inlet side valve and an outlet side valve are expensive and are not preferable from the viewpoint of cost reduction.

上記したように本実施例によれば、水素を主要成分とする改質ガスを改質装置2に内部に積極的に残留させるため、改質装置2の冷却が進行したとしても、改質装置2における過剰な負圧化が抑制される。故に、酸素を含む外気が改質装置2の内部に過剰に進入することが抑制される。この意味においても、改質装置2に担持されている触媒34e,37e,5eの酸化劣化が抑制され、当該触媒の耐久性が向上する。従って、入口側バルブおよび出口側バルブの双方に相当するバルブについても、閉止力が強い耐圧シール力が高価な特殊なバルブにするまでもなく、閉止力が通常であり価格が低い一般的なバルブを使用することができる。故に、改質装置2のコストダウンに貢献できる。   As described above, according to the present embodiment, the reformed gas containing hydrogen as a main component is actively left inside the reformer 2, so even if the reformer 2 is cooled, the reformer Excessive negative pressure in 2 is suppressed. Therefore, the outside air containing oxygen is suppressed from excessively entering the reformer 2. Also in this sense, the oxidative deterioration of the catalysts 34e, 37e, 5e carried on the reformer 2 is suppressed, and the durability of the catalyst is improved. Therefore, for valves corresponding to both the inlet side valve and the outlet side valve, it is not a special valve with a strong closing force and a high pressure-resistant sealing force. Can be used. Therefore, it can contribute to the cost reduction of the reformer 2.

改質運転停止操作の直後には、改質部34はまだ高温状態であれば、改質部34の内部に残留している改質用原料および水分により改質反応が発生することがある。この場合、ガス体積が増加する。例えば、改質用原料がCH4を含有していれば、CH+HO→3H+COにより、反応前に2モルであったが、反応後に4モルになり、ガス体積が増加する。このため本実施例によれば、バルブ25e,25fが閉鎖している状態で、外気に連通するバルブ25h(出口側バルブ)を開放させつつ、バルブ25a、バルブ25b、バルブ25d、バルブ25m(入口側バルブ)を閉鎖する。そして、第1所定時間経過した後に、バルブ25hを閉鎖することにしている。これにより水素を主要成分とする改質ガスをできるだけ多く改質装置2の内部に残留させることができる。この場合、改質装置2の内部の触媒34e,37e,5eの酸化劣化を抑制しつつ、改質装置2の内部のガスをバルブ25h(外気に連通する出口側バルブ)を介して外気に排出させることができる。これによりガス体積の増加に対応するようにことができる。第1所定時間としてはバルブ25h(出口側バルブ)の種類によっては相違するものの、5〜25秒の範囲、10〜20秒の範囲が更に好ましい。第1所定時間の間に、改質装置内の水蒸気の所定量がバルブ25h(出口側バルブ)を介して排出され、水蒸気の凝縮に由来する負圧化を抑制でき、且つ水素をできるだけ多く改質装置内に残留させることができる。即ち、第1所定時間が短すぎると、水蒸気の排出が不足し、負圧化抑制効果が少なくなる。第1所定時間が長すぎると、水素の残留量が少なくなる。上記したように水素を主要成分とする改質ガスをできるだけ多く改質装置2の内部に残留させることができるため、改質装置2の内部の触媒34e,37e,5eの酸化劣化が抑制され、当該触媒の長寿命化に有利となる。 Immediately after the reforming operation stop operation, if the reforming section 34 is still in a high temperature state, a reforming reaction may occur due to the reforming raw material and moisture remaining in the reforming section 34. In this case, the gas volume increases. For example, if the reforming raw material contains CH 4 , it was 2 mol before the reaction due to CH 4 + H 2 O → 3H 2 + CO, but it becomes 4 mol after the reaction, and the gas volume increases. For this reason, according to the present embodiment, the valve 25a, the valve 25b, the valve 25d, and the valve 25m (inlet) are opened while the valve 25h (outlet valve) communicating with the outside air is opened while the valves 25e and 25f are closed. Close the side valve. Then, the valve 25h is closed after the first predetermined time has elapsed. As a result, as much reformed gas containing hydrogen as the main component can be left in the reformer 2 as much as possible. In this case, the gas inside the reformer 2 is discharged to the outside via the valve 25h (an outlet side valve communicating with the outside air) while suppressing the oxidative deterioration of the catalysts 34e, 37e, 5e inside the reformer 2. Can be made. Thereby, it can respond to the increase in gas volume. Although the first predetermined time varies depending on the type of the valve 25h (outlet side valve), the range of 5 to 25 seconds and the range of 10 to 20 seconds are more preferable. During the first predetermined time, a predetermined amount of water vapor in the reformer is discharged through the valve 25h (outlet side valve), so that the negative pressure resulting from the condensation of water vapor can be suppressed and hydrogen can be changed as much as possible. Can remain in the quality device. That is, if the first predetermined time is too short, the discharge of water vapor is insufficient, and the negative pressure suppression effect is reduced. If the first predetermined time is too long, the residual amount of hydrogen decreases. As described above, as much of the reformed gas containing hydrogen as the main component can remain in the reformer 2 as much as possible, oxidative deterioration of the catalysts 34e, 37e, 5e inside the reformer 2 is suppressed, This is advantageous for extending the life of the catalyst.

この点本実施例によれば、制御部500は、改質運転停止操作の終了時期において、ポンプ27bを駆動させつつ、バルブ25a、バルブ25b(これらは入口側バルブ)を一時的に開放することにより、ガス状の改質用原料(13Aガス)を改質装置2に投入する。この結果、改質装置2の内部における過剰の負圧化が抑制される。従って、バルブ25a、バルブ25b(入口側バルブ)およびバルブ25h(出口側バルブ)の双方についても、閉止力が強い耐圧シール力が高い高価な特殊なバルブにするまでもなく、価格が低い一般的なバルブを使用することができる。即ち、耐圧シール力が必ずしも高くないバルブを採用することができる。即ち本実施例によれば、外気が改質装置2の内部に侵入することが許容されている。ここで、耐圧シール力があまり高くないバルブは、閉止用のバネ力が小さめであるため、バネ力に抗してバルブを開放させる電磁力も小さくて済み、電気エネルギの節約に貢献できる。外気に含有されている酸素は、改質部34に残留する改質ガスの水素と反応して水を生成するため、消費される。従って外気が改質装置2の内部に侵入したとしても、空気に含有されている酸素が改質装置2の触媒34e,37e,5eに悪影響を与えることが抑制される。   In this regard, according to the present embodiment, the controller 500 temporarily opens the valve 25a and the valve 25b (these are the inlet side valves) while driving the pump 27b at the end time of the reforming operation stop operation. Thus, the gaseous reforming raw material (13A gas) is charged into the reformer 2. As a result, excessive negative pressure inside the reformer 2 is suppressed. Therefore, both the valve 25a, the valve 25b (inlet side valve) and the valve 25h (outlet side valve) are not expensive special valves having a high closing force and a high pressure-resistant sealing force. A simple valve can be used. That is, a valve that does not necessarily have a high pressure-resistant sealing force can be employed. That is, according to the present embodiment, outside air is allowed to enter the reformer 2. Here, since the valve for which the pressure-resistant sealing force is not so high has a small spring force for closing, the electromagnetic force for opening the valve against the spring force is small, which can contribute to the saving of electric energy. Oxygen contained in the outside air is consumed because it reacts with hydrogen of the reformed gas remaining in the reforming section 34 to generate water. Therefore, even if outside air enters the reformer 2, the oxygen contained in the air is prevented from adversely affecting the catalysts 34e, 37e, 5e of the reformer 2.

本実施例によれば、外気が改質部34に侵入することが許容されているといえども、外気の大部分は不活性な窒素である。更に、還元性をもつ水素を主要成分とする改質ガスが改質装置2に積極的に残留しているため、改質装置2の内部に積極的に侵入した外気に含有されている酸素と、改質装置2に残留している水素とが反応して酸素が消費される。このように改質装置2に侵入した酸素が消費されて減少するため、触媒34e,37e,5eの酸化劣化を抑制するのに有利となる。   According to the present embodiment, although the outside air is allowed to enter the reforming unit 34, most of the outside air is inert nitrogen. Furthermore, since the reformed gas mainly containing reducing hydrogen remains in the reformer 2, oxygen contained in the outside air that has actively entered the reformer 2 and Then, the hydrogen remaining in the reformer 2 reacts to consume oxygen. In this way, oxygen that has entered the reformer 2 is consumed and reduced, which is advantageous in suppressing the oxidative degradation of the catalysts 34e, 37e, and 5e.

上記したように本実施例によれば、改質装置2の運転を停止させるとき、ガス状の改質用原料を改質部34に投入するため、改質部34の内部における過剰の負圧化が抑制される。このため改質装置2の内部に外気が仮に侵入したとしても、外気の侵入量は規定量(例えば40kPa、ゲージ圧)程度とされる。この程度の外気侵入量であれば、改質装置2の内部に残留している水素の全部を消費することが抑えられ、水素を改質装置2の内部に良好に残留させることができる。このため、改質装置2に担持されている触媒34e,37e,5eの酸化劣化の抑制に有利である。   As described above, according to the present embodiment, when the operation of the reformer 2 is stopped, an excessive negative pressure in the reforming unit 34 is introduced in order to introduce the gaseous reforming raw material into the reforming unit 34. Is suppressed. For this reason, even if outside air enters into the reformer 2, the amount of outside air entering is about a specified amount (for example, 40 kPa, gauge pressure). With this amount of outside air intrusion, consumption of all the hydrogen remaining inside the reformer 2 can be suppressed, and hydrogen can be favorably left inside the reformer 2. For this reason, it is advantageous in suppressing the oxidative deterioration of the catalysts 34e, 37e, 5e carried on the reformer 2.

本実施例によれば、改質運転停止操作において、制御部500は、ポンプ27cを駆動させ、冷却用気体として空気を空気通路73を介して改質装置2の燃焼部30に流入させ、燃焼通路32を介して燃焼排ガス通路250から放出させる。この結果、空気により改質装置2を積極的に冷却させる。よって、改質装置2の運転停止後における改質部34の徐冷を抑制する。このように改質装置2の冷却を促進させるため、改質装置2の構成材料の劣化を抑制する。例えば、改質装置2にステンレス鋼等の合金鋼が採用されている場合には、高温(475℃付近)において徐冷されることが抑制される。このため475℃脆化等の高温劣化を抑制するのに有利となる。   According to the present embodiment, in the reforming operation stop operation, the control unit 500 drives the pump 27c to flow air as a cooling gas into the combustion unit 30 of the reformer 2 via the air passage 73, and combustion It is discharged from the combustion exhaust gas passage 250 through the passage 32. As a result, the reformer 2 is actively cooled by air. Therefore, slow cooling of the reforming unit 34 after the operation of the reformer 2 is stopped is suppressed. Thus, in order to promote the cooling of the reformer 2, the deterioration of the constituent materials of the reformer 2 is suppressed. For example, when alloy steel such as stainless steel is used for the reformer 2, slow cooling at a high temperature (around 475 ° C.) is suppressed. For this reason, it becomes advantageous for suppressing high temperature degradation, such as 475 degreeC embrittlement.

また改質装置2の構成材料としてステンレス鋼が採用されている場合には、例えば、400〜900℃に長時間保持することで起こるステンレス鋼の脆化を抑制するのに有利となる。更に、改質装置にステンレス鋼が採用されている場合には、例えば、500〜850℃に所定時間保持することで起こり易いステンレス鋼の鋭敏化を抑制するのに有利となる。   Further, when stainless steel is adopted as a constituent material of the reformer 2, it is advantageous for suppressing embrittlement of the stainless steel that is caused, for example, by holding at 400 to 900 ° C. for a long time. Furthermore, when stainless steel is employed in the reformer, for example, it is advantageous to suppress the sensitization of stainless steel that is likely to occur by holding at 500 to 850 ° C. for a predetermined time.

本実施例によれば、改質装置2の内部に水素が残留した状態で、CO酸化除去部37の温度を一時的に200℃以上(好ましくは200〜400℃)にして終了することが好ましい。これによりCO酸化除去部37の内部の触媒37eを還元処理させて触媒37eの再生の促進を図ることができる。上記の方法として、発電終了直前に最低出力(定格出力が1kWのとき、例えば300W)で例えば1〜10分間発電し、蒸発部36の残留水蒸気を減少させ、CO酸化除去部37の温度T2が105℃以上になったことを確認した後に発電を停止し、終了操作に入る方法が例示される。上記の方法として、蒸発部36とCO酸化除去部37との間に断熱手段を配置しても良い。   According to the present embodiment, it is preferable that the temperature of the CO oxidation removing unit 37 is temporarily set to 200 ° C. or higher (preferably 200 to 400 ° C.) while hydrogen remains in the reformer 2 and the process is terminated. . Thereby, the catalyst 37e inside the CO oxidation removing unit 37 can be reduced to promote regeneration of the catalyst 37e. As the above method, for example, power is generated for 1 to 10 minutes at the minimum output (300 W when the rated output is 1 kW) immediately before the end of power generation, the residual water vapor in the evaporation unit 36 is reduced, and the temperature T2 of the CO oxidation removal unit 37 is An example is a method of stopping power generation after confirming that the temperature has reached 105 ° C. or higher and entering an end operation. As the above method, a heat insulating means may be disposed between the evaporation unit 36 and the CO oxidation removal unit 37.

本実施例は実施例1と基本的には同様の構成および作用効果を有するため、図1および図2を準用する。図3はタイミングチャートを示す。図3において、時刻taは発電が終了し、改質運転停止操作を開始する時刻を意味する。時刻tbは、改質運転停止操作を終了し、改質装置2の待機を開始する時刻を意味する。時刻tcは待機が終了し、改質装置2を起動させる操作を開始する時刻を意味する。更に、図3において、特性線W1は改質装置2の内部の圧力P1を示す。特性線W2は、改質装置2の内部に残留する残留水素量(実測値:水素濃度実測値から計算)を示す。特性線W3は、改質装置2の内部のH2の圧力P(H)とH0の圧力P(H0)との比率(実測値)を示す。特性線WE(P(H)/P(H0)は、改質装置2のうち改質部34に担持されている触媒のうち、重要性が高い触媒37eの酸化還元特性(酸化還元境界線)を示す。特性線WEよりも上側の領域であれば、触媒37eの酸化は抑制される。特性線WEよりも下側の領域であれば、触媒37eは酸化される。 Since the present embodiment basically has the same configuration and effect as the first embodiment, FIGS. 1 and 2 are applied mutatis mutandis. FIG. 3 shows a timing chart. In FIG. 3, time ta means the time when power generation ends and the reforming operation stop operation starts. The time tb means a time at which the reforming operation stop operation is finished and the standby of the reformer 2 is started. The time tc means the time when the standby is completed and the operation for starting the reformer 2 is started. Further, in FIG. 3, a characteristic line W <b> 1 indicates the pressure P <b> 1 inside the reformer 2. A characteristic line W2 indicates the amount of residual hydrogen remaining in the reformer 2 (actually measured value: calculated from the actually measured hydrogen concentration value). A characteristic line W3 indicates a ratio (actual measurement value) between the pressure P (H 2 ) of H 2 and the pressure P (H 2 0) of H 2 0 inside the reformer 2. The characteristic line WE (P (H 2 ) / P (H 2 0) represents the oxidation-reduction characteristic (oxidation-reduction) of the highly important catalyst 37e among the catalysts supported on the reforming unit 34 in the reformer 2. In the region above the characteristic line WE, the oxidation of the catalyst 37e is suppressed, and in the region below the characteristic line WE, the catalyst 37e is oxidized.

本実施例においても、水素を主要成分とする改質ガスが改質装置2の運転により生成される。その後、燃料電池の発電運転が終了するとき、制御部500は、改質装置2の改質運転を時刻taにおいて停止させる。   Also in this embodiment, the reformed gas containing hydrogen as a main component is generated by the operation of the reformer 2. Thereafter, when the power generation operation of the fuel cell ends, the control unit 500 stops the reforming operation of the reformer 2 at time ta.

このとき制御部500は改質運転停止操作を行う。先ず、改質運転停止操作では、タイミングt1において、制御部500は、バルブ25a、25b、25d、25m(入口側バルブ)を開放状態から閉鎖させると共に、バルブ25e,25f(出口側バルブ)も開放状態から閉鎖させる。ここで図3に示すように、タイミングt1から第1所定時間Δtx遅延したタイミングt2において、バルブ25h(出口側バルブ)を閉鎖する。即ち、タイミングt1から、第1所定時間Δtx(例えば5〜20秒)、バルブ25hは開放されている。   At this time, the controller 500 performs a reforming operation stop operation. First, in the reforming operation stop operation, at timing t1, the control unit 500 closes the valves 25a, 25b, 25d, and 25m (inlet side valves) from the open state, and also opens the valves 25e and 25f (outlet side valves). Close from state. Here, as shown in FIG. 3, the valve 25h (outlet side valve) is closed at a timing t2 delayed by a first predetermined time Δtx from the timing t1. That is, from the timing t1, the valve 25h is opened for a first predetermined time Δtx (for example, 5 to 20 seconds).

上記した操作が実施されると、改質装置2内で生成されていた水素を主要成分とする改質ガスをできるだけ改質装置2の内部に残留させつつ、改質装置2の外部に排出させる。即ち、水素を主要成分とする改質ガスが改質装置2の外部に極力排出されない。従って、還元性をもつ水素を主要成分とする改質ガスをできるだけ改質装置2の内部に残留させることができる。故に、触媒34e,37e,5eの酸化劣化を抑制することができる。   When the above-described operation is performed, the reformed gas mainly composed of hydrogen generated in the reformer 2 is discharged to the outside of the reformer 2 while remaining inside the reformer 2 as much as possible. . That is, the reformed gas containing hydrogen as a main component is not discharged to the outside of the reformer 2 as much as possible. Therefore, the reformed gas containing hydrogen having reducibility as a main component can be left in the reformer 2 as much as possible. Therefore, the oxidative deterioration of the catalysts 34e, 37e, 5e can be suppressed.

ここで、図3においてタイミングt1から所定時間Δtxぶんバルブ25hを開放させない方式も考えられる。この場合、タイミングt1からバルブ25hが閉鎖されるため、改質装置2の内部の水素および水蒸気を含有するガスを早期に排出できない。このため改質装置2の逃圧のためにバルブ25hが最初に開放するとき、そのガスがバルブ25h、オフガス通路110を経て燃焼部30に多量に帰還することになり易い。この場合、燃焼部30において再着火音等が発生するおそれがある。この点について本実施例のようにタイミングt1から所定時間Δtxぶんバルブ25hを開放させる方式が採用されているため、改質装置2の内部の水素含有ガスを早期に排出できる。この場合、バルブ25hが所定時間Δtxぶん開放するとき、水素を含むガスは、バルブ25h、オフガス通路110を経て燃焼部30に帰還するが、燃焼部30がまだ高温であるため、水素を含むガスは再着火音等を発生させることなく、継続して燃焼することができる。   Here, a method in which the valve 25h is not opened for a predetermined time Δtx from the timing t1 in FIG. 3 is also conceivable. In this case, since the valve 25h is closed from the timing t1, the gas containing hydrogen and water vapor inside the reformer 2 cannot be discharged early. For this reason, when the valve 25 h is first opened due to the relief pressure of the reformer 2, the gas tends to return to the combustion unit 30 in large quantities via the valve 25 h and the off-gas passage 110. In this case, there is a possibility that a re-ignition sound or the like is generated in the combustion unit 30. With respect to this point, the method of opening the valve 25h for the predetermined time Δtx from the timing t1 as in the present embodiment is adopted, so that the hydrogen-containing gas inside the reformer 2 can be discharged early. In this case, when the valve 25h is opened for a predetermined time Δtx, the gas containing hydrogen returns to the combustion unit 30 through the valve 25h and the off-gas passage 110, but the gas containing hydrogen because the combustion unit 30 is still at a high temperature. Can continue to burn without generating a re-ignition sound or the like.

更に本実施例によれば、制御部500は、バルブ25a、バルブ25b、バルブ25d、バルブ25m(改質装置2の入口側バルブ)が閉鎖された状態、つまり改質装置2の密閉状態を維持する。この場合、高温の改質装置2の内部に残留している液相状の水の水蒸気化が進行するため、特性線W1の線部分W1bに示すように、改質装置2の圧力P1が上昇する。圧力P1が所定圧力P2(例えば5kPa、ゲージ圧)に上昇したタイミングt4において、バルブ25h(出口側バルブ)を瞬間的に短時間(Δt,第6所定時間)開放させる。これにより改質装置2の内部の高圧の圧力を逃がし(圧力抜き処理)、過剰高圧化を抑制する。その後においても、高温の改質装置2の余熱により、液相状の水が水蒸気化されるため、特性線W1の線部分W1c等に示すように、改質装置2の内部の圧力が上昇する。そして改質装置2の内部の圧力P1が所定圧力P2に上昇したタイミングt4,t5,t6において、バルブ25hを瞬間的に短時間(Δt)開放させ、改質装置2の内部の高圧の圧力を外気に逃がし(圧力抜き処理)、改質装置2の過剰高圧化を抑制する。このため改質装置2の耐圧性を過剰に高めずとも良い。   Further, according to the present embodiment, the control unit 500 maintains the state in which the valve 25a, the valve 25b, the valve 25d, and the valve 25m (the inlet side valve of the reformer 2) are closed, that is, the reformer 2 is sealed. To do. In this case, since the vaporization of the liquid phase water remaining inside the high-temperature reformer 2 proceeds, the pressure P1 of the reformer 2 increases as shown by the line portion W1b of the characteristic line W1. To do. At the timing t4 when the pressure P1 rises to a predetermined pressure P2 (for example, 5 kPa, gauge pressure), the valve 25h (outlet side valve) is momentarily opened for a short time (Δt, a sixth predetermined time). As a result, the high pressure inside the reformer 2 is released (pressure release process), and excessive pressure increase is suppressed. Even after that, since the liquid phase water is vaporized by the residual heat of the high-temperature reformer 2, the internal pressure of the reformer 2 rises as shown by the line portion W1c of the characteristic line W1. . Then, at the timings t4, t5, and t6 when the pressure P1 inside the reformer 2 rises to the predetermined pressure P2, the valve 25h is momentarily opened for a short time (Δt), and the high pressure inside the reformer 2 is increased. It escapes to the outside air (pressure release process) and suppresses excessive pressure increase of the reformer 2. For this reason, it is not necessary to increase the pressure resistance of the reformer 2 excessively.

本実施例によれば、特性線W4に示すように、制御部500は、改質運転の停止操作における初期からポンプ27cを連続的に駆動させることにより、空気を燃焼用空気通路73を介して燃焼部30に供給し、改質装置2を強制的に冷却する強制冷却処理を実施している。ここで、燃焼部30に供給された空気は、改質装置2を冷却させつつ、燃焼通路32、燃焼通路33を流れ、燃焼排ガス通路250から外気に排出される。この場合、暖められた空気が通過するため、CO酸化除去部37は昇温する傾向があり、CO酸化除去部37の触媒37eの再生処理に貢献できる。   According to the present embodiment, as indicated by the characteristic line W4, the control unit 500 continuously drives the pump 27c from the initial stage in the stop operation of the reforming operation, so that the air passes through the combustion air passage 73. A forced cooling process for supplying the combustion unit 30 and forcibly cooling the reformer 2 is performed. Here, the air supplied to the combustion unit 30 flows through the combustion passage 32 and the combustion passage 33 while cooling the reformer 2, and is discharged from the combustion exhaust gas passage 250 to the outside air. In this case, since the warmed air passes, the CO oxidation removal unit 37 tends to rise in temperature, and can contribute to the regeneration process of the catalyst 37e of the CO oxidation removal unit 37.

さて、時間経過に伴い改質部34の温度T1が低下する。改質部34の温度T1が低温側の所定温度(例えば100〜200℃、殊に150℃)まで低下したタイミングt8において、それをトリガー信号として、ポンプ27cをオフとし、空気を燃焼用空気通路73を介して燃焼部30に供給することを停止させる。これにより改質装置2を冷却する強制冷却処理を停止させる。更に図3に示すように、タイミングt8において、ポンプ27bを駆動させつつバルブ25a、25b(入口側バルブ)を開放させ、ガス状の改質用原料を所定時間tr、改質装置2の内部に改質用原料通路62cを介して1回(場合によっては複数回)供給する。これにより特性線W1の線部分W1rに示すように圧力センサの圧力P1は所定圧力P3(例えば20kPa程度)に増加する。その後、改質装置2の冷却が更に進行して水蒸気の凝縮が進むため、圧力センサの圧力P1は特性線Wの線部分W1eに示すように次第に低下し、圧力センサの圧力P1が適度な負圧の圧力Pe(例えば−15kPa)となり、改質装置2は待機することになる。これにより改質装置2の過剰負圧化が抑えられる。   Now, with the passage of time, the temperature T1 of the reforming section 34 decreases. At a timing t8 when the temperature T1 of the reforming section 34 is lowered to a predetermined temperature on the low temperature side (for example, 100 to 200 ° C., particularly 150 ° C.), using this as a trigger signal, the pump 27c is turned off, The supply to the combustion unit 30 via 73 is stopped. As a result, the forced cooling process for cooling the reformer 2 is stopped. Further, as shown in FIG. 3, at timing t8, the valves 27a and 25b (inlet side valves) are opened while the pump 27b is driven, and the gaseous reforming raw material is introduced into the reformer 2 for a predetermined time tr. It is supplied once (in some cases, a plurality of times) through the reforming raw material passage 62c. As a result, the pressure P1 of the pressure sensor increases to a predetermined pressure P3 (for example, about 20 kPa) as indicated by a line portion W1r of the characteristic line W1. Thereafter, since the cooling of the reformer 2 further proceeds and the condensation of water vapor proceeds, the pressure P1 of the pressure sensor gradually decreases as indicated by the line portion W1e of the characteristic line W, and the pressure P1 of the pressure sensor is moderately negative. The pressure Pe (for example, −15 kPa) is reached, and the reformer 2 waits. Thereby, excessive negative pressure of the reformer 2 is suppressed.

上記したように本実施例によれば、改質部34において改質用原料のコーキングが発生しない所定温度(100〜200℃、例えば150℃)まで改質部34の温度T1が低下したら、ガス状の改質用原料を改質装置2の内部に供給することにしている。このため改質部34におけるコーキングが抑制され、改質部34の耐久性の向上を図り得る。   As described above, according to the present embodiment, when the temperature T1 of the reforming unit 34 is lowered to a predetermined temperature (100 to 200 ° C., for example, 150 ° C.) at which the reforming raw material does not coking in the reforming unit 34, the gas The raw material for reforming is supplied into the reformer 2. For this reason, coking in the reforming unit 34 is suppressed, and the durability of the reforming unit 34 can be improved.

時刻tcにおいて、改質装置2の待機を終了し、改質装置2の起動運転を開始する。改質装置2の起動運転を開始するにあたり、ポンプ27bを駆動させると共にバルブ25a,25b(入口側バルブ)をタイミングtcから所定時間Δtm(例えば0.5〜15秒)ぶん開放させる。これによりガス状の改質用原料を改質部34の内部に供給し、改質装置2の内部を増圧する。このように増圧した状態で、所定時間TK(例えば300sec)の間に圧力P1の低下が認められないとき、制御部500は、配管系のガス漏れが発生しておらず、配管系は正常であると判定する。このように改質運転の開始時において配管が正常であると判定されたら、改質装置2の運転を停止して次回の運転まで待機させているとき、待機電力抑制のため、電力供給を停止し、監視を行わないようにすることもできる。   At the time tc, the standby of the reformer 2 is finished and the start-up operation of the reformer 2 is started. In starting the start-up operation of the reformer 2, the pump 27b is driven and the valves 25a and 25b (inlet side valves) are opened for a predetermined time Δtm (for example, 0.5 to 15 seconds) from the timing tc. As a result, the gaseous reforming raw material is supplied to the interior of the reforming section 34 to increase the pressure inside the reformer 2. When the pressure P1 does not decrease during a predetermined time TK (for example, 300 sec) with the pressure increased in this way, the control unit 500 indicates that the piping system has not leaked and the piping system is normal. It is determined that When it is determined that the piping is normal at the start of the reforming operation in this way, the power supply is stopped to suppress standby power when the reforming device 2 is stopped and kept waiting until the next operation. However, it is also possible not to perform monitoring.

表1は、上記した改質装置を用い、改質装置の運転を停止させる試験を実施したときにおけるガスに含まれる水素濃度、ガスに含まれる水素モル数、圧力比(PH/PHO)の一例を示す。なお計算値および実測値は基本的にはほぼ対応する。 Table 1 shows the concentration of hydrogen contained in the gas, the number of moles of hydrogen contained in the gas, and the pressure ratio (PH 2 / PH 2 O when the above-described reformer was used and the test for stopping the operation of the reformer was performed. ) Is an example. The calculated value and the actually measured value basically correspond to each other.

Figure 2008266118
Figure 2008266118

図4は実施例3を示す。本実施例は実施例2と基本的には同様の構成および作用効果を有する。図1および図2を準用する。以下、実施例2と相違する部分を中心として説明する。前述したように、実施例2によれば、図3に示すように、タイミングt1から所定時間Δtx遅延したタイミングt2において、バルブ25h(出口側バルブ)を閉鎖する。この点について本実施例では、Δtxは廃止されており、従って図4から理解できるように、タイミングt1(時刻ta)から、バルブ25a,25b,25d,25m(入口側バルブ)が閉鎖されると共に、バルブ25h,25e,25f(出口側バルブ)が閉鎖される。   FIG. 4 shows a third embodiment. The present embodiment basically has the same configuration and effect as the second embodiment. 1 and 2 apply mutatis mutandis. Hereinafter, a description will be given centering on the difference from the second embodiment. As described above, according to the second embodiment, as shown in FIG. 3, the valve 25h (outlet side valve) is closed at the timing t2 delayed by the predetermined time Δtx from the timing t1. In this regard, in the present embodiment, Δtx is abolished. Therefore, as can be understood from FIG. 4, the valves 25a, 25b, 25d, and 25m (inlet side valves) are closed from the timing t1 (time ta). The valves 25h, 25e, and 25f (outlet side valves) are closed.

本実施例は実施例1、実施例2と基本的には同様の構成および作用効果を有する。図1および図2を準用する。本実施例においても、燃料電池システムの運転終了時には、改質装置2の改質運転を停止させる。この場合、ポンプ27mが停止し、蒸発部36への改質水の供給が停止される。ポンプ27a(燃焼用燃料搬送源),ポンプ27c(燃焼用空気搬送源)が停止するため、燃焼部30に燃焼用燃料および燃焼用空気が供給されない。よって燃焼部30の燃焼は停止され、改質装置2は時間経過につれて次第に冷却される。しかしながら運転停止直後における改質装置2がまだ余熱があり高温であるため、改質部34に残留している水が水蒸気となり、改質装置2の内部の圧力P1が次第に高圧となる。   The present embodiment has basically the same configuration and operation effects as the first and second embodiments. 1 and 2 apply mutatis mutandis. Also in this embodiment, the reforming operation of the reformer 2 is stopped at the end of the operation of the fuel cell system. In this case, the pump 27m is stopped and the supply of the reforming water to the evaporation unit 36 is stopped. Since the pump 27a (combustion fuel conveyance source) and the pump 27c (combustion air conveyance source) are stopped, the combustion fuel and the combustion air are not supplied to the combustion unit 30. Therefore, the combustion of the combustion unit 30 is stopped, and the reformer 2 is gradually cooled as time elapses. However, since the reformer 2 immediately after the stop of operation still has residual heat and is at a high temperature, the water remaining in the reformer 34 becomes steam, and the pressure P1 inside the reformer 2 gradually increases.

このとき制御部500は、前記した実施例1,2と同様に、(i)〜(iii)の各操作を実施する改質運転停止操作を行う。
(i)バルブ25a、バルブ25b、バルブ25d、バルブ25m(これらのバルブは入口側バルブ)を閉鎖する。このとき、バルブ25e、バルブ25h、25f(これらのバルブは出口側バルブ)は開放している。
(ii)入口側バルブを閉鎖した時刻から第1所定時間(例えば0.5〜10秒,0.5〜20秒)経過した後、バルブ25e、バルブ25h、25f(これらのバルブは出口側バルブ)を閉鎖する閉鎖操作を行う。
(iii)改質装置2の内部の圧力P1が所定圧力に上昇すると、バルブ25a、バルブ25b、バルブ25d、バルブ25m(バルブは入口側バルブ)、バルブ25eが閉鎖された状態(改質装置2の密閉状態)を維持しつつ、バルブ25h(外気に連通する出口側バルブ)を第6所定時間を開放させる。これにより改質装置2の内部の圧力を逃がす。その後、バルブ25h(出口側バルブ)を再び閉鎖する開放・閉鎖操作を行う。
At this time, the control unit 500 performs the reforming operation stop operation for performing the operations (i) to (iii) as in the first and second embodiments.
(I) The valves 25a, 25b, 25d and 25m (these valves are inlet side valves) are closed. At this time, the valve 25e and the valves 25h and 25f (these valves are outlet valves) are opened.
(Ii) After a first predetermined time (for example, 0.5 to 10 seconds, 0.5 to 20 seconds) has elapsed since the time when the inlet side valve was closed, the valves 25e, 25h, and 25f (these valves are outlet side valves) ) Is closed.
(Iii) When the pressure P1 inside the reformer 2 rises to a predetermined pressure, the valve 25a, the valve 25b, the valve 25d, the valve 25m (the valve is an inlet side valve), and the valve 25e are closed (the reformer 2) The valve 25h (the outlet side valve communicating with the outside air) is opened for a sixth predetermined time while maintaining the closed state. Thereby, the pressure inside the reformer 2 is released. Thereafter, an opening / closing operation for closing the valve 25h (outlet side valve) again is performed.

上記した(iii)の操作は1回でも良いし、複数回実施しても良い。要するに、改質装置2の内部の圧力P1が所定圧力に上昇する度に行うことが好ましい。これにより改質装置2の耐圧性を過剰にせずとも良い。   The above operation (iii) may be performed once or a plurality of times. In short, it is preferably performed every time the pressure P1 inside the reformer 2 increases to a predetermined pressure. Thereby, the pressure resistance of the reformer 2 does not have to be excessive.

制御部500は、改質運転の停止操作の初期からポンプ27cを駆動させ、空気を燃焼用空気通路73を介して燃焼部30に供給し、改質装置2を強制的に冷却する強制冷却処理を行っている。これにより改質装置2の構成材料が高温に長時間維持されることが抑えられる。本実施例によれば、改質部34の温度T1が所定温度(100〜200℃、殊に150℃)まで低下してきたとき、それをトリガー信号として、ポンプ27cをオフとする。この結果、空気を燃焼用空気通路73を介して燃焼部30に供給することを停止させ、改質装置2を強制的に冷却する強制冷却処理を停止させる。   The control unit 500 drives the pump 27c from the beginning of the reforming operation stop operation, supplies air to the combustion unit 30 via the combustion air passage 73, and forcibly cools the reforming device 2. It is carried out. Thereby, it is suppressed that the constituent material of the reformer 2 is maintained at a high temperature for a long time. According to the present embodiment, when the temperature T1 of the reforming section 34 has decreased to a predetermined temperature (100 to 200 ° C., particularly 150 ° C.), it is used as a trigger signal to turn off the pump 27c. As a result, the supply of air to the combustion unit 30 via the combustion air passage 73 is stopped, and the forced cooling process for forcibly cooling the reformer 2 is stopped.

改質装置2の運転停止に伴い、上記した改質部34の温度T1が所定温度(例えば100〜200℃、殊に150℃)まで低下してきたとき、バルブ25a,25b(入口側バルブ)を開放させると共にポンプ27bを駆動させ、ガス状の改質用原料を所定時間tr、改質装置2の内部に1回または複数回供給する。このとき、改質部34の温度はまだ高温であり、改質反応可能温度以上であるため、改質用原料が改質反応し、水素ガスが改質部34において積極的に生成される。ここで、水素ガスは還元性をもつ。このため、停止または待機中において、改質装置2に担持されている触媒34e,37e,5eの酸化劣化を抑制させるのに有利である。このように還元性をもつ水素を主要成分とする改質ガスが改質装置2に内部に残留する。改質反応が起こらなかった改質用原料はそのまま改質装置2の内部に残留する。このため改質装置2が冷却されたとしても、改質装置2の内部の過剰の負圧化が抑制される。故に、過剰の外気が改質装置2の内部に侵入することが抑制される。従って、改質装置2に担持されている触媒34e,37e,5eの酸化劣化が抑制され、触媒の耐久性が向上する。   When the temperature T1 of the reforming section 34 has decreased to a predetermined temperature (for example, 100 to 200 ° C., particularly 150 ° C.) as the reformer 2 is stopped, the valves 25a and 25b (inlet side valves) are turned off. While being opened, the pump 27b is driven, and the gaseous reforming raw material is supplied into the reforming apparatus 2 once or a plurality of times for a predetermined time tr. At this time, the temperature of the reforming unit 34 is still high, and is equal to or higher than the reforming reaction possible temperature, so that the reforming raw material undergoes a reforming reaction, and hydrogen gas is actively generated in the reforming unit 34. Here, hydrogen gas has reducibility. Therefore, it is advantageous for suppressing the oxidative deterioration of the catalysts 34e, 37e, 5e carried on the reformer 2 during stoppage or standby. In this way, the reformed gas mainly containing reducing hydrogen remains in the reformer 2. The reforming raw material in which the reforming reaction has not occurred remains in the reformer 2 as it is. For this reason, even if the reformer 2 is cooled, excessive negative pressure inside the reformer 2 is suppressed. Therefore, excessive outside air is prevented from entering the reformer 2. Therefore, the oxidative deterioration of the catalysts 34e, 37e, 5e carried on the reformer 2 is suppressed, and the durability of the catalyst is improved.

上記したように本実施例によれば改質装置2の冷却が進行したとしても、改質装置2における過剰な負圧化が抑制される。従って、入口側バルブおよび出口側バルブの双方に相当するバルブについても、耐圧シール力が高価な特殊なバルブにするまでもなく、価格が低い一般的なバルブを使用することができ、改質装置システムのコストダウンに貢献できる。更に本実施例においても、改質部34に空気が仮に侵入したとしても、その空気の大部分は不活性な窒素である。空気に含有されている酸素は、改質部34に残留する改質ガスの水素と反応して水を生成するため、かなり消費される。従って空気に含有されている酸素が触媒34e,37e,5eに悪影響を与えることが抑制される。   As described above, according to this embodiment, even when the reforming device 2 is cooled, excessive negative pressure in the reforming device 2 is suppressed. Therefore, as for the valves corresponding to both the inlet side valve and the outlet side valve, it is possible to use a general valve with a low price as well as a special valve having a high pressure-resistant sealing force. Contributes to system cost reduction. Further, in this embodiment, even if air enters the reforming section 34, most of the air is inert nitrogen. Since oxygen contained in the air reacts with hydrogen of the reformed gas remaining in the reforming section 34 to generate water, it is consumed considerably. Accordingly, it is possible to suppress the oxygen contained in the air from adversely affecting the catalysts 34e, 37e, 5e.

本実施例は実施例1、実施例2と基本的には同様の構成および作用効果を有するため、図1および図2を準用する。CO低減部としてのCO酸化除去部37は、触媒37e(例えばルテニウム系、白金系、白金−ルテニウム系等の貴金属系触媒)を担持するセラミックス(例えばアルミナ)製の担体を有する。CO酸化除去部37には酸素が供給されるため、触媒37eの酸化劣化は進行し易く、触媒37eの酸化劣化の抑制、ひいては耐久性の向上が特に要請されている。本実施例においても、前記したように改質運転停止操作において、CO酸化除去部37を含む改質装置2の内部に水素が残留する。水素含有雰囲気(水素リッチ雰囲気)において、触媒37eの活性温度域(再生温度領域)は一般的には200℃以上、殊に220℃以上であり、その範囲は200〜450℃である。   Since the present embodiment basically has the same configuration and operational effects as the first and second embodiments, FIGS. 1 and 2 are applied mutatis mutandis. The CO oxidation removing unit 37 as the CO reducing unit includes a ceramic (for example, alumina) carrier that supports a catalyst 37e (for example, a ruthenium-based, platinum-based, platinum-ruthenium-based noble metal-based catalyst). Since oxygen is supplied to the CO oxidation removing unit 37, the oxidative deterioration of the catalyst 37e is likely to proceed, and there is a particular demand for suppressing the oxidative deterioration of the catalyst 37e and thus improving the durability. Also in the present embodiment, as described above, in the reforming operation stop operation, hydrogen remains in the reformer 2 including the CO oxidation removing unit 37. In a hydrogen-containing atmosphere (hydrogen-rich atmosphere), the activation temperature range (regeneration temperature range) of the catalyst 37e is generally 200 ° C. or higher, particularly 220 ° C. or higher, and the range is 200 to 450 ° C.

ところで、燃料電池システムを停止させるときには、制御部500は、改質装置2の改質運転を停止させる改質運転停止操作を実施する。改質水、改質用原料、酸化用空気の供給を全て停止した後、第2所定時間だけ燃焼部30の燃焼を第2所定時間継続する。改質水、改質用原料、酸化用空気を全て停止したとき、燃料電池1への改質ガスの供給を停止する。   By the way, when the fuel cell system is stopped, the control unit 500 performs a reforming operation stop operation for stopping the reforming operation of the reformer 2. After stopping the supply of the reforming water, the reforming raw material, and the oxidizing air, the combustion of the combustion unit 30 is continued for the second predetermined time for the second predetermined time. When all of the reforming water, the reforming raw material, and the oxidizing air are stopped, the supply of the reformed gas to the fuel cell 1 is stopped.

更に説明する。制御部500は、CO酸化除去部37に担持されている触媒37eの活性化および再生を促進させるべく、次の制御を実施する。即ち、入口側バルブおよび出口側バルブを閉鎖する閉鎖操作の前において、制御部500は、改質装置2の燃焼部30(加熱部)において燃焼反応を第2所定時間(例えば2〜60分間,5〜30分間、これに限定されない)継続させ、改質部34の加熱を継続する。   Further explanation will be given. The controller 500 performs the following control to promote activation and regeneration of the catalyst 37e supported on the CO oxidation removing unit 37. That is, before the closing operation for closing the inlet side valve and the outlet side valve, the control unit 500 performs the combustion reaction in the combustion unit 30 (heating unit) of the reformer 2 for a second predetermined time (for example, 2 to 60 minutes, 5 to 30 minutes) (not limited to this) and the heating of the reforming unit 34 is continued.

換言すると、改質装置2に対する改質水の供給が停止され、改質用原料の供給が停止され、酸化用空気の供給が停止され、このように改質運転が停止され、改質ガスの生成が停止されているにもかかわらず、燃焼用燃料および燃焼用空気が燃焼部30に供給され、燃焼用燃料が燃焼部30で燃焼し、改質部34等が加熱される。この場合、上記したように燃焼部30で燃焼反応が第2所定時間行われるため、蒸発部36の温度ができるだけ高温に維持される。このため、蒸発部36における残留水の流量が減少または消失され、蒸発部36の温度が上昇する。ひいては蒸発部36に隣接するCO酸化除去部37の温度も上昇する。よってCO酸化除去部37はできるだけ高い温度に維持される。この結果、前記した改質運転停止操作が実施されるにもかかわらず、CO酸化除去部37に水素が残留している状態において、CO酸化除去部37に担持されている触媒37eを還元させて再生させ得る再生温度に、CO酸化除去部37が例えば3〜30分間維持される。このため、CO酸化除去部37に内蔵されている触媒37eは水素により還元処理される。これにより触媒37eの酸化劣化が抑えられ、触媒37eの耐久性が向上し、長寿命化が図れる。即ち、改質装置2の改質運転が停止するごと、CO酸化除去部37の触媒37eは再生される。   In other words, the supply of the reforming water to the reformer 2 is stopped, the supply of the reforming raw material is stopped, the supply of the oxidizing air is stopped, the reforming operation is thus stopped, and the reformed gas is supplied. Despite the generation being stopped, combustion fuel and combustion air are supplied to the combustion unit 30, the combustion fuel burns in the combustion unit 30, and the reforming unit 34 and the like are heated. In this case, as described above, the combustion reaction is performed in the combustion unit 30 for the second predetermined time, so that the temperature of the evaporation unit 36 is maintained as high as possible. For this reason, the flow rate of residual water in the evaporator 36 is reduced or eliminated, and the temperature of the evaporator 36 rises. As a result, the temperature of the CO oxidation removing unit 37 adjacent to the evaporation unit 36 also rises. Therefore, the CO oxidation removing unit 37 is maintained at a temperature as high as possible. As a result, the catalyst 37e carried on the CO oxidation removing unit 37 is reduced in a state where hydrogen remains in the CO oxidation removing unit 37 even though the above-described reforming operation stop operation is performed. The CO oxidation removing unit 37 is maintained at a regeneration temperature at which regeneration is possible, for example, for 3 to 30 minutes. For this reason, the catalyst 37e built in the CO oxidation removal unit 37 is reduced with hydrogen. Thereby, the oxidative deterioration of the catalyst 37e is suppressed, the durability of the catalyst 37e is improved, and the life can be extended. That is, whenever the reforming operation of the reformer 2 is stopped, the catalyst 37e of the CO oxidation removing unit 37 is regenerated.

本実施例は実施例1、実施例2と基本的には同様の構成および作用効果を有するため、図1および図2を準用する。燃料電池システムを停止させるときには、制御部500は、改質装置2の改質運転を停止させる改質運転停止操作を実施する。この場合、制御部500は、劣化し易い触媒37eの活性化および再生を促進させるべく、次の制御を実施する。即ち、燃料電池1への改質ガス供給を停止(これを燃料電池停止という。カソードエアである酸化剤ガスは燃料電池1にしばらく供給されている。)する。その後、改質水、改質用原料の供給流量を減少させながら、酸化用空気を停止した状態で、改質装置2の改質運転を第3所定時間継続した後、改質装置2の運転を停止(改質水、改質用原料、燃焼部を全て停止)させる。   Since the present embodiment basically has the same configuration and operational effects as the first and second embodiments, FIGS. 1 and 2 are applied mutatis mutandis. When stopping the fuel cell system, the control unit 500 performs a reforming operation stop operation for stopping the reforming operation of the reformer 2. In this case, the control unit 500 performs the following control in order to promote activation and regeneration of the catalyst 37e that is easily deteriorated. That is, the supply of the reformed gas to the fuel cell 1 is stopped (this is called the fuel cell stop. The oxidant gas that is cathode air is supplied to the fuel cell 1 for a while). Thereafter, the reforming operation of the reforming device 2 is continued for a third predetermined time while the oxidizing air is stopped while the supply flow rate of the reforming water and the reforming raw material is decreased, and then the operation of the reforming device 2 is performed. (Stops all reforming water, reforming raw material, and combustion section).

換言すると、燃料電池1の発電運転を停止するにもかかわらず、改質装置2の改質運転を第3所定時間(例えば2〜60分間,5〜30分間、これに限定されない)継続する。これにより蒸発部36の温度ができるだけ高温に維持される。このため、蒸発部36における残留水の量が減少または消失される。ひいてはCO酸化除去部37の降温速度が緩められる。または、蒸発部36の温度上昇に伴いCO酸化除去部37が昇温する。よってCO酸化除去部37はできるだけ高い温度に維持される。したがって、CO酸化除去部37の触媒37eを再生させ得る再生温度にCO酸化除去部37が例えば3〜30分間良好に維持される。このときCO酸化除去部37には水素が残留しているため、CO酸化除去部37に担持されている触媒37eは水素により還元処理される。これにより触媒37eの酸化劣化が抑えられ、触媒37eの耐久性が向上する。   In other words, the reforming operation of the reformer 2 is continued for a third predetermined time (for example, 2 to 60 minutes, 5 to 30 minutes, but not limited to this), although the power generation operation of the fuel cell 1 is stopped. Thereby, the temperature of the evaporation part 36 is maintained as high as possible. For this reason, the amount of residual water in the evaporator 36 is reduced or eliminated. As a result, the temperature decrease rate of the CO oxidation removing unit 37 is reduced. Alternatively, the CO oxidation removing unit 37 rises in temperature as the evaporation unit 36 rises in temperature. Therefore, the CO oxidation removing unit 37 is maintained at a temperature as high as possible. Therefore, the CO oxidation removing unit 37 is favorably maintained at a regeneration temperature at which the catalyst 37e of the CO oxidation removing unit 37 can be regenerated, for example, for 3 to 30 minutes. At this time, since hydrogen remains in the CO oxidation removing unit 37, the catalyst 37e carried on the CO oxidation removing unit 37 is reduced with hydrogen. Thereby, the oxidative deterioration of the catalyst 37e is suppressed, and the durability of the catalyst 37e is improved.

本実施例は実施例1、実施例2と基本的には同様の構成および作用効果を有するため、図1および図2を準用する。燃料電池システムを停止させるときには、制御部500は、改質装置2の改質運転を停止させる改質運転停止操作を実施する。この場合、制御部500は、劣化し易い触媒37eの活性化および再生を促進させるべく、次の制御を実施する。即ち、制御部500は、燃料電池1の出力を低下させると共に、改質装置2の改質運転を低下させる。この場合、燃料電池1の発電運転を低出力領域において第4所定時間(例えば1〜60分間,5〜30分間)継続する。低出力領域は、燃料電池の定格運転時の発電出力を100%と相対表示するとき、5〜50%、10〜40%とすることができる。例えば燃料電池の最低負荷領域とすることができる。ここで、定格とは、指定された条件で運転するとき、製造者が保証する使用上の限界をいい、通常、銘板などに表示されている。   Since the present embodiment basically has the same configuration and operational effects as the first and second embodiments, FIGS. 1 and 2 are applied mutatis mutandis. When stopping the fuel cell system, the control unit 500 performs a reforming operation stop operation for stopping the reforming operation of the reformer 2. In this case, the control unit 500 performs the following control in order to promote activation and regeneration of the catalyst 37e that is easily deteriorated. That is, the controller 500 reduces the output of the fuel cell 1 and reduces the reforming operation of the reformer 2. In this case, the power generation operation of the fuel cell 1 is continued for a fourth predetermined time (for example, 1 to 60 minutes, 5 to 30 minutes) in the low output region. The low output region can be set to 5 to 50% and 10 to 40% when the power generation output during rated operation of the fuel cell is displayed as 100%. For example, it can be the minimum load region of the fuel cell. Here, the rating refers to the limit in use guaranteed by the manufacturer when operating under specified conditions, and is usually displayed on a nameplate or the like.

このとき燃料電池1を最低負荷運転領域で第4所定時間発電運転し、且つ、改質装置2の改質運転を低下させる。このため、燃焼用燃料および燃焼用空気が燃焼部30に供給されて、燃焼用燃料が燃焼部30で燃焼し、改質部34等が加熱され、改質部34の熱が蒸発部36およびCO酸化除去部37等に伝熱されると共に、改質水が蒸発部36に供給されるとともに、ガス状の改質用原料が改質部34に供給される。この場合、改質部のS/C(steam/carbon)が3付近になるように、改質水の供給等が制御される。   At this time, the fuel cell 1 is operated for power generation for a fourth predetermined time in the minimum load operation region, and the reforming operation of the reformer 2 is reduced. For this reason, combustion fuel and combustion air are supplied to the combustion unit 30, the combustion fuel is burned in the combustion unit 30, the reforming unit 34 and the like are heated, and the heat of the reforming unit 34 is converted into the evaporation unit 36 and Heat is transferred to the CO oxidation removal unit 37 and the like, reforming water is supplied to the evaporation unit 36, and a gaseous reforming raw material is supplied to the reforming unit 34. In this case, the supply of reforming water and the like are controlled so that the S / C (steam / carbon) of the reforming unit is close to 3.

即ち、バルブ25aが開放され、ポンプ27aが駆動されるため、燃焼用燃料が燃焼用燃料通路62aから燃焼部30に供給される。更に、ポンプ27cが駆動するため、燃焼用空気が燃焼用空気通路73から燃焼部30に供給される。更に、バルブ25a,25bが開放され、ポンプ27bが駆動されるため、改質用原料が改質用原料通路62cから改質部34に供給される。更にまた、改質水通路82のバルブ25mが開放され、ポンプ27mが駆動されて改質水が改質水通路82から蒸発部36に供給される。   That is, since the valve 25a is opened and the pump 27a is driven, combustion fuel is supplied to the combustion unit 30 from the combustion fuel passage 62a. Further, since the pump 27 c is driven, combustion air is supplied from the combustion air passage 73 to the combustion unit 30. Further, since the valves 25a and 25b are opened and the pump 27b is driven, the reforming material is supplied to the reforming unit 34 from the reforming material passage 62c. Furthermore, the valve 25m of the reforming water passage 82 is opened, the pump 27m is driven, and the reforming water is supplied from the reforming water passage 82 to the evaporation section 36.

上記したように改質運転停止操作においても、燃焼部30で燃焼反応が行われるため、改質部34が加熱され、蒸発部36の降温が抑えられ、あるいは、蒸発部36が昇温する。従って、蒸発部36の温度ができるだけ高温に維持される。このため、蒸発部36における残留水の流量が減少または消失される。このためCO酸化除去部37が昇温するか、あるいは、CO酸化除去部37の降温が抑制される。よって、改質運転停止操作において、CO酸化除去部37の触媒37eの再生温度にCO酸化除去部37が良好に維持される。このとき前述したようにCO酸化除去部37には水素がかなり残留しているため、CO酸化除去部37に担持されている触媒37eは水素により還元処理される。これにより当該触媒37eの酸化劣化が抑えられ、当該触媒37eの耐久性が向上する。第4所定時間経過後、制御部55は、燃料電池1および改質装置2の運転を停止させる。   As described above, also in the reforming operation stop operation, since the combustion reaction is performed in the combustion unit 30, the reforming unit 34 is heated, the temperature drop of the evaporation unit 36 is suppressed, or the evaporation unit 36 is heated. Therefore, the temperature of the evaporator 36 is maintained as high as possible. For this reason, the flow rate of residual water in the evaporator 36 is reduced or eliminated. For this reason, the temperature of the CO oxidation removing unit 37 is increased, or the temperature decrease of the CO oxidation removing unit 37 is suppressed. Therefore, in the reforming operation stop operation, the CO oxidation removing unit 37 is well maintained at the regeneration temperature of the catalyst 37e of the CO oxidation removing unit 37. At this time, as described above, since the hydrogen remains in the CO oxidation removing unit 37, the catalyst 37e supported on the CO oxidation removing unit 37 is reduced with hydrogen. Thereby, the oxidative deterioration of the catalyst 37e is suppressed, and the durability of the catalyst 37e is improved. After the fourth predetermined time has elapsed, the control unit 55 stops the operation of the fuel cell 1 and the reformer 2.

図5は実施例8を示す。本実施例は実施例7に相当するものであり、実施例1、実施例2と基本的には同様の構成および作用効果を有するため、図1および図2を準用する。制御部500は、改質装置2の改質運転を停止させる改質運転停止操作を実施する。この場合、制御部500は、入口側バルブおよび出口側バルブを閉鎖する閉鎖操作を実施する前において、劣化し易い触媒37eの活性化および再生を促進させるべく、次の制御を実施する。即ち、改質装置2の改質運転を維持しつつ、燃料電池1の発電運転を最低負荷運転領域とし、これを第4所定時間TW(例えば1〜60分間,5〜30分間)継続する。定格運転時の出力を100%と相対表示するとき、最低負荷運転領域は10〜30%(または10〜25%)とすることができる。   FIG. 5 shows an eighth embodiment. The present embodiment corresponds to the seventh embodiment, and basically has the same configuration and operational effects as the first and second embodiments. Therefore, FIGS. 1 and 2 are applied mutatis mutandis. The control unit 500 performs a reforming operation stop operation for stopping the reforming operation of the reformer 2. In this case, the control unit 500 performs the following control in order to promote activation and regeneration of the easily deteriorated catalyst 37e before performing the closing operation for closing the inlet side valve and the outlet side valve. That is, while maintaining the reforming operation of the reformer 2, the power generation operation of the fuel cell 1 is set to the lowest load operation region, and this is continued for a fourth predetermined time TW (for example, 1 to 60 minutes, 5 to 30 minutes). When the output during rated operation is displayed relative to 100%, the minimum load operation region can be 10 to 30% (or 10 to 25%).

図5は本実施例のタイミングチャートを示す。このタイミングチャートは図3に示すタイミングチャートと基本的には同様である。図5において、時刻taは燃料電池1の発電が終了し、改質運転停止操作を開始する時刻を意味する。従って時刻taにおいて、バルブ25a,25b,25d(改質装置2の入口バルブ)と、バルブ25m,25e(改質装置2の出口バルブ、図5では、バルブ25hはΔtxだけ開いている。)が閉鎖される。また、時刻tbは、改質運転停止操作を終了し、改質装置2の待機を開始する時刻を意味する。時刻tcは待機が終了し、改質装置2を起動させる操作を開始する時刻を意味する。   FIG. 5 shows a timing chart of the present embodiment. This timing chart is basically the same as the timing chart shown in FIG. In FIG. 5, time ta means the time when the power generation of the fuel cell 1 is completed and the reforming operation stop operation is started. Therefore, at time ta, valves 25a, 25b, and 25d (inlet valve of reformer 2) and valves 25m and 25e (outlet valve of reformer 2, valve 25h in FIG. 5 are opened by Δtx). Closed. The time tb means a time when the reforming operation stop operation is finished and the standby of the reformer 2 is started. The time tc means the time when the standby is completed and the operation for starting the reformer 2 is started.

図5において、改質装置2の入口バルブ、改質装置2の出口バルブが閉鎖される閉鎖時刻taよりも手前の時刻tfは、燃料電池システムの発電運転を終了させる終了指令が出力される時刻を意味する。図5に示すように、この時刻tfから、即ち、入口バルブおよび出口バルブが閉鎖される閉鎖操作の前において、縄制御部500は、燃料電池1を最低負荷運転領域とし、所定時間TW(1〜20分間)、発電運転する。このため、制御部500は、時刻tfから、燃焼用空気の流量をVa1からVa2に減少させる。燃焼用燃料の流量をVf1からVf2に減少させる。改質用原料の流量をVm1からVm2に減少させる。改質水の流量をVw1からVw2に減少させる。酸化用空気の流量をVo1からVo2に減少させる。なお、流量は単位時間あたりの流量を意味する。   In FIG. 5, a time tf before the closing time ta at which the inlet valve of the reformer 2 and the outlet valve of the reformer 2 are closed is a time at which an end command for terminating the power generation operation of the fuel cell system is output. Means. As shown in FIG. 5, from this time tf, that is, before the closing operation in which the inlet valve and the outlet valve are closed, the rope control unit 500 sets the fuel cell 1 to the minimum load operation region and performs a predetermined time TW (1 Power generation operation for up to 20 minutes). For this reason, the control part 500 reduces the flow volume of combustion air from Va1 to Va2 from the time tf. The flow rate of the combustion fuel is decreased from Vf1 to Vf2. The flow rate of the reforming raw material is decreased from Vm1 to Vm2. The flow rate of the reforming water is decreased from Vw1 to Vw2. The flow rate of the oxidizing air is decreased from Vo1 to Vo2. The flow rate means a flow rate per unit time.

ここで、Va2/Va1=0〜0.99の範囲、0.01〜0.99の範囲が例示される。Vf2/Vf1=0.1〜0.99の範囲が例示される。Vm2/Vm1=0.1〜0.99の範囲が例示される。Vw2/Vw1=0.1〜0.99が例示される。Vo2/Vo1=0.1〜0.99の範囲が例示される。但し、Vm2は、コーキング防止のためS(steam)/C(carbon)が3以上となるようにすることが好ましい。   Here, the range of Va2 / Va1 = 0 to 0.99 and the range of 0.01 to 0.99 are exemplified. The range of Vf2 / Vf1 = 0.1-0.99 is illustrated. The range of Vm2 / Vm1 = 0.1-0.99 is illustrated. Vw2 / Vw1 = 0.1-0.99 is illustrated. The range of Vo2 / Vo1 = 0.1-0.99 is illustrated. However, it is preferable that Vm2 is such that S (steam) / C (carbon) is 3 or more in order to prevent coking.

これにより改質装置2の改質運転を維持しつつも、改質装置2により発生させる改質ガス(水素)の流量を減少させると共に、燃料電池1の発電運転を最低負荷運転領域とする。   Thus, while maintaining the reforming operation of the reformer 2, the flow rate of the reformed gas (hydrogen) generated by the reformer 2 is reduced, and the power generation operation of the fuel cell 1 is set to the minimum load operation region.

燃料電池1の最低負荷運転領域において、バルブ25h(改質装置2の出口側バルブ)は閉鎖されているものの、発電に使用するバルブ25e,25fは開放している。故に、改質ガスを燃料電池1の燃料極11に供給すると共に、燃料電池1で発電されたアノードオフガスをオフガス通路110,バルブ25fから燃焼部30に排出させ、アノードオフガスの可燃成分を燃焼部30で燃焼させる。   In the lowest load operation region of the fuel cell 1, the valve 25h (the outlet side valve of the reformer 2) is closed, but the valves 25e and 25f used for power generation are open. Therefore, the reformed gas is supplied to the fuel electrode 1 of the fuel cell 1, and the anode off-gas generated by the fuel cell 1 is discharged from the off-gas passage 110 and the valve 25 f to the combustion unit 30, thereby combusting the combustible component of the anode off-gas. Burn at 30.

このように燃料電池発電システムにおける発電運転の終了末期において、アノードガスとして改質ガスを燃料電池1の燃料極11に供給する。このため燃料電池1の膜電極接合体等に滞留している液相水をできるだけ排出できる。この場合、燃料電池1を次回に発電運転させるときにおいてフラッディング(液相水による流路閉鎖現象)が抑えられる利点が得られる。   Thus, at the end of the end of the power generation operation in the fuel cell power generation system, the reformed gas is supplied to the fuel electrode 11 of the fuel cell 1 as the anode gas. Therefore, the liquid phase water staying in the membrane electrode assembly of the fuel cell 1 can be discharged as much as possible. In this case, there is an advantage that flooding (flow path closing phenomenon due to liquid phase water) can be suppressed when the fuel cell 1 is operated next for power generation.

本実施例においても、水素を主要成分とする改質ガスが改質装置2の運転により生成される。その後、燃料電池の発電運転が終了するとき、制御部500は、改質装置2の改質運転を時刻taにおいて停止させる。このとき制御部500は改質運転停止操作を行う。先ず、改質運転停止操作では、タイミングt1において、バルブ25a、25b、25d、25m(入口側バルブ)を開放状態から閉鎖させると共に、バルブ25e,25f(出口側バルブ)も開放状態から閉鎖させる。タイミングt1から第1所定時間Δtx遅延したタイミングt2において、バルブ25h(出口側バルブ)を閉鎖する。即ち、タイミングt1から所定時間Δtx(例えば5〜20秒)、バルブ25hは開放されている。   Also in this embodiment, the reformed gas containing hydrogen as a main component is generated by the operation of the reformer 2. Thereafter, when the power generation operation of the fuel cell ends, the control unit 500 stops the reforming operation of the reformer 2 at time ta. At this time, the controller 500 performs a reforming operation stop operation. First, in the reforming operation stop operation, at timing t1, the valves 25a, 25b, 25d, and 25m (inlet side valves) are closed from the open state, and the valves 25e and 25f (outlet side valves) are also closed from the open state. The valve 25h (outlet side valve) is closed at a timing t2 delayed by a first predetermined time Δtx from the timing t1. That is, the valve 25h is opened for a predetermined time Δtx (for example, 5 to 20 seconds) from the timing t1.

上記した操作が実施されると、改質装置2内で生成されていた水素を主要成分とする改質ガスをできるだけ改質装置2の内部に残留させつつ、改質装置2の外部に排出させる。即ち、水素を主要成分とする改質ガスが改質装置2の外部に極力排出されない。従って、還元性をもつ水素を主要成分とする改質ガスをできるだけ改質装置2の内部に残留させることができる。故に、触媒34e,37e,5eの酸化劣化を抑制することができる。   When the above-described operation is performed, the reformed gas mainly composed of hydrogen generated in the reformer 2 is discharged to the outside of the reformer 2 while remaining inside the reformer 2 as much as possible. . That is, the reformed gas containing hydrogen as a main component is not discharged to the outside of the reformer 2 as much as possible. Therefore, the reformed gas containing hydrogen having reducibility as a main component can be left in the reformer 2 as much as possible. Therefore, the oxidative deterioration of the catalysts 34e, 37e, 5e can be suppressed.

更に本実施例によれば、制御部500は、バルブ25a、バルブ25b、バルブ25d、バルブ25m(改質装置2の入口側バルブ)が閉鎖された状態、つまり改質装置2の密閉状態を維持する。この場合、高温の改質装置2の内部に残留している液相状の水の水蒸気化が進行するため、特性線W1の線部分W1bに示すように、改質装置2の圧力P1が上昇する。圧力P1が所定圧力P2(例えば5kPa、ゲージ圧)に上昇したタイミングt4をトリガーとして、バルブ25h(出口側バルブ)を瞬間的に短時間(Δt)開放させる。これにより改質装置2の内部の高圧の圧力を逃がし(圧力抜き処理)、過剰高圧化を抑制する。その後においても、高温の改質装置2の余熱により、液相状の水が水蒸気化されるため、特性線W1の線部分W1b、W1c等に示すように、改質装置2の内部の圧力が上昇する。そして改質装置2の内部の圧力P1が所定圧力P2に上昇したタイミングt4,t5,t6をトリガーとして、バルブ25hを瞬間的に短時間(Δt)開放させる。これにより改質装置2の内部の高圧の圧力を外気に逃がし(圧力抜き処理)、改質装置2の過剰高圧化を抑制する。このため改質装置2の耐圧性を過剰に高めずとも良い。   Further, according to the present embodiment, the control unit 500 maintains the state in which the valve 25a, the valve 25b, the valve 25d, and the valve 25m (the inlet side valve of the reformer 2) are closed, that is, the reformer 2 is sealed. To do. In this case, since the vaporization of the liquid phase water remaining inside the high-temperature reformer 2 proceeds, the pressure P1 of the reformer 2 increases as shown by the line portion W1b of the characteristic line W1. To do. Using the timing t4 when the pressure P1 rises to a predetermined pressure P2 (for example, 5 kPa, gauge pressure) as a trigger, the valve 25h (outlet side valve) is momentarily opened for a short time (Δt). As a result, the high pressure inside the reformer 2 is released (pressure release process), and excessive pressure increase is suppressed. Even after that, since the liquid phase water is vaporized by the residual heat of the high-temperature reformer 2, the internal pressure of the reformer 2 is reduced as shown by the line portions W1b and W1c of the characteristic line W1. To rise. Then, using the timings t4, t5, and t6 when the pressure P1 inside the reformer 2 rises to the predetermined pressure P2 as a trigger, the valve 25h is instantaneously opened for a short time (Δt). As a result, the high pressure inside the reformer 2 is released to the outside air (pressure release process), and excessive pressure increase of the reformer 2 is suppressed. For this reason, it is not necessary to increase the pressure resistance of the reformer 2 excessively.

本実施例によれば、特性線W4に示すように、制御部500は、改質運転の停止操作における初期からポンプ27cを連続的に駆動させることにより、空気を燃焼用空気通路73を介して燃焼部30に供給し、改質装置2を強制的に冷却する強制冷却処理を実施している。ここで、燃焼部30に供給された空気は、改質装置2を冷却させつつ、燃焼通路32、燃焼通路33を流れ、燃焼排ガス通路250から外気に排出される。この場合、冷却に使用された空気は暖められるため、時刻ta〜時刻tbにおいて、蒸発部36がしばらく昇温し、蒸発部36に隣接するCO酸化除去部37がしばらく昇温する。従って、ポンプ27cは、改質装置2の改質運転を停止させるときにおいて、蒸発部36およびCO酸化除去部37を昇温させまたは降温を抑える温度維持要素として機能することができる。   According to the present embodiment, as indicated by the characteristic line W4, the control unit 500 continuously drives the pump 27c from the initial stage in the stop operation of the reforming operation, so that the air passes through the combustion air passage 73. A forced cooling process for supplying the combustion unit 30 and forcibly cooling the reformer 2 is performed. Here, the air supplied to the combustion unit 30 flows through the combustion passage 32 and the combustion passage 33 while cooling the reformer 2, and is discharged from the combustion exhaust gas passage 250 to the outside air. In this case, since the air used for cooling is warmed, from time ta to time tb, the evaporation unit 36 is heated for a while, and the CO oxidation removal unit 37 adjacent to the evaporation unit 36 is heated for a while. Accordingly, the pump 27c can function as a temperature maintaining element that raises the temperature of the evaporation unit 36 and the CO oxidation removal unit 37 or suppresses the temperature drop when stopping the reforming operation of the reformer 2.

さて、時間経過に伴い改質部34の温度T1が低下する。改質部34の温度T1が低温側の所定温度(例えば100〜200℃、殊に150℃)まで低下したタイミングt8において、それをトリガー信号として、ポンプ27cをオフとし、空気を燃焼用空気通路73を介して燃焼部30に供給することを停止させる。これにより改質装置2を冷却する強制冷却処理を停止させる。更にタイミングt8において、ポンプ27bを駆動させつつバルブ25a、25b(入口側バルブ)を開放させ、ガス状の改質用原料を所定時間tr、改質装置2の内部に改質用原料通路62cを介して1回(場合によっては複数回)供給する。これにより特性線W1の線部分W1rに示すように圧力センサの圧力P1は所定圧力P3(例えば20kPa程度)に増加する。その後、改質装置2の冷却が更に進行して水蒸気の凝縮が進むため、圧力センサの圧力P1は特性線Wの線部分W1eに示すように次第に低下し、圧力センサの圧力P1が適度な負圧の圧力Pe(例えば−15kPa)となり、改質装置2は待機することになる。これにより改質装置2の賦圧化が抑えられる。   Now, with the passage of time, the temperature T1 of the reforming section 34 decreases. At a timing t8 when the temperature T1 of the reforming section 34 is lowered to a predetermined temperature on the low temperature side (for example, 100 to 200 ° C., particularly 150 ° C.), using this as a trigger signal, the pump 27c is turned off, The supply to the combustion unit 30 via 73 is stopped. As a result, the forced cooling process for cooling the reformer 2 is stopped. Further, at timing t8, the valves 27a and 25b (inlet side valves) are opened while driving the pump 27b, the gaseous reforming material is supplied for a predetermined time tr, and the reforming material passage 62c is provided inside the reforming apparatus 2. 1 time (multiple times in some cases). As a result, the pressure P1 of the pressure sensor increases to a predetermined pressure P3 (for example, about 20 kPa) as indicated by a line portion W1r of the characteristic line W1. Thereafter, since the cooling of the reformer 2 further proceeds and the condensation of water vapor proceeds, the pressure P1 of the pressure sensor gradually decreases as indicated by the line portion W1e of the characteristic line W, and the pressure P1 of the pressure sensor is moderately negative. The pressure Pe (for example, −15 kPa) is reached, and the reformer 2 waits. Thereby, the pressurization of the reformer 2 is suppressed.

上記したように本実施例によれば、改質部34でコーキングが発生しない所定温度(100〜200℃、例えば150℃)まで改質部34の温度T1が低下したら、ガス状の改質用原料を改質装置2の内部に供給することにしている。このため改質部34におけるコーキングが抑制され、改質部34の耐久性の向上を図り得る。   As described above, according to this embodiment, when the temperature T1 of the reforming unit 34 is lowered to a predetermined temperature (100 to 200 ° C., for example, 150 ° C.) at which coking does not occur in the reforming unit 34, The raw material is supplied into the reformer 2. For this reason, coking in the reforming unit 34 is suppressed, and the durability of the reforming unit 34 can be improved.

時刻tcにおいて、改質装置2の待機を終了し、改質装置2の起動運転を開始する。改質装置2の起動運転を開始するにあたり、ポンプ27bを駆動させると共にバルブ25a,25b(入口側バルブ)をタイミングtcから所定時間Δtm(例えば0.1〜15秒,これに限定されるものではない)開放させる。これによりガス状の改質用原料を改質部34の内部に供給し、改質装置2の内部を増圧する。このように増圧した状態で、所定時間TK(例えば300sec)の間に圧力P1の低下が認められないとき、制御部500は、配管系でガス漏れが発生しておらず、配管系は正常であると判定する。このように改質運転の開始時において配管が正常であると判定されたら、改質装置2の運転を停止して待機させているとき、待機電力抑制のため、電力供給を停止し、監視を行わないようにすることもできる。   At the time tc, the standby of the reformer 2 is finished and the start-up operation of the reformer 2 is started. In starting the start-up operation of the reformer 2, the pump 27b is driven and the valves 25a and 25b (inlet side valves) are moved from the timing tc to a predetermined time Δtm (for example, 0.1 to 15 seconds, which is not limited to this). No) Open. As a result, the gaseous reforming raw material is supplied to the interior of the reforming section 34 to increase the pressure inside the reformer 2. When the pressure P1 does not decrease during a predetermined time TK (for example, 300 seconds) in the state where the pressure is increased in this way, the control unit 500 has no gas leakage in the piping system, and the piping system is normal. It is determined that Thus, when it is determined that the piping is normal at the start of the reforming operation, when the operation of the reforming apparatus 2 is stopped and put on standby, the power supply is stopped and monitoring is performed to suppress standby power. You can also avoid doing it.

図6は実施例9を示す。本実施例は実施例8と基本的には同様の構成および作用効果を有する。図1および図2を準用する。以下、実施例8と相違する部分を中心として説明する。図5に示す実施例8によれば、前述したように、タイミングt1から所定時間Δtx遅延したタイミングt2において、バルブ25h(出口側バルブ)を閉鎖する。しかし本実施例では、図6に示すように、Δtxは廃止されている。従ってタイミングt1(時刻ta)から、バルブ25a,25b,25d,25m(入口側バルブ)と共に、バルブ25h,25e,25f(出口側バルブ)が同時に閉鎖される。   FIG. 6 shows a ninth embodiment. The present embodiment basically has the same configuration and operational effects as the eighth embodiment. 1 and 2 apply mutatis mutandis. Hereinafter, a description will be given centering on the difference from the eighth embodiment. According to the eighth embodiment shown in FIG. 5, as described above, the valve 25h (outlet side valve) is closed at the timing t2 delayed by a predetermined time Δtx from the timing t1. However, in this embodiment, Δtx is abolished as shown in FIG. Therefore, from the timing t1 (time ta), the valves 25a, 25b, 25d, and 25m (inlet side valve) and the valves 25h, 25e, and 25f (outlet side valve) are simultaneously closed.

図7は実施例10を示す。本実施例は実施例1、実施例2と基本的には同様の構成および作用効果を有する。図7に示すように、蒸発部36とCO酸化除去部37との間には、下端部700dをもつリング状をなす断熱層700が配置されている。このため改質装置2の改質運転を停止させるときにおいて、蒸発部36が低温化されるときであっても、CO酸化除去部37の温度は維持され易い。ひいては、CO酸化除去部37の触媒37eの再生温度にCO酸化除去部37が良好に維持される。このとき前述したようにCO酸化除去部37には水素が残留しているため、CO酸化除去部37に担持されている触媒37eは還元処理される。これにより当該触媒37eの酸化劣化が抑えられ、当該触媒37eの耐久性が向上する。   FIG. 7 shows a tenth embodiment. The present embodiment has basically the same configuration and operation effects as the first and second embodiments. As shown in FIG. 7, a ring-shaped heat insulating layer 700 having a lower end 700 d is disposed between the evaporation unit 36 and the CO oxidation removal unit 37. For this reason, when the reforming operation of the reformer 2 is stopped, the temperature of the CO oxidation removing unit 37 is easily maintained even when the evaporation unit 36 is cooled. As a result, the CO oxidation removing unit 37 is well maintained at the regeneration temperature of the catalyst 37e of the CO oxidation removing unit 37. At this time, as described above, since hydrogen remains in the CO oxidation removing unit 37, the catalyst 37e carried on the CO oxidation removing unit 37 is reduced. Thereby, the oxidative deterioration of the catalyst 37e is suppressed, and the durability of the catalyst 37e is improved.

(その他)
上記した実施例1では、改質装置2は蒸発部36を一体的に組み込んでいるが、蒸発部は別体であっても良い。改質装置2は熱交換部4を一体的に組み込んでいるが、熱交換部は別体であっても良い。上記した実施例1では、改質部34が上側に配置されており、COシフト部5下側に配置されているが、これに限定されず、逆でも良い。本発明は上記した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。上記した記載から次の技術的思想が把握される。
(Other)
In the first embodiment described above, the reformer 2 integrally incorporates the evaporation unit 36, but the evaporation unit may be a separate body. Although the reformer 2 integrally incorporates the heat exchange unit 4, the heat exchange unit may be a separate body. In the first embodiment described above, the reforming unit 34 is disposed on the upper side and is disposed on the lower side of the CO shift unit 5, but is not limited to this, and may be reversed. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented with appropriate modifications within a range not departing from the gist. The following technical idea can be understood from the above description.

(付記項1)ガス状の改質用原料と水分とを反応させることにより、水素を含有する改質ガスを生成する改質部をもつ改質装置と、改質装置を制御する制御部とを具備する改質装置システムにおいて、改質装置は、改質部の他に、改質部を加熱する加熱部と、改質部から伝熱され改質部で生成された改質ガスに含まれるCO成分を低減させる触媒を内蔵するCO低減部とを備えており、改質装置を運転して改質ガスを生成した後、改質装置の改質運転を停止させる改質運転停止操作を実施するにあたり、制御部は、改質装置の加熱部による改質部の加熱を第2所定時間継続して蒸発部の降温を抑えつつCO低減部の降温速度を緩め、CO低減部に水素が残留した状態でCO低減部の触媒を還元処理することを特徴とする改質装置システム。   (Additional Item 1) A reformer having a reformer that generates a reformed gas containing hydrogen by reacting a gaseous reforming raw material with moisture, and a controller that controls the reformer In addition to the reforming unit, the reformer system includes a heating unit that heats the reforming unit, and a reformed gas that is transferred from the reforming unit and generated in the reforming unit. And a CO reduction unit containing a catalyst for reducing the CO component generated, and after the reformer is operated to generate reformed gas, the reforming operation stop operation for stopping the reforming operation of the reformer is performed. In carrying out the operation, the control unit continues the heating of the reforming unit by the heating unit of the reforming apparatus for a second predetermined time to suppress the temperature decrease of the evaporation unit and slow down the temperature decreasing rate of the CO reducing unit, A reformer system characterized in that the catalyst in the CO reduction unit is reduced in a remaining state.

(付記項2)付記項1において、前記改質装置の上流側に配置され改質用原料を前記改質装置の前記改質部に供給する入口側バルブと、前記改質装置の下流側に配置され前記改質装置で生成された前記改質ガスを前記改質装置から吐出する出口側バルブとを具備する改質装置システムにおいて、前記改質装置を運転して前記改質ガスを生成した後、前記改質装置の改質運転を停止させる改質運転停止操作を実施するにあたり、前記制御部は、前記入口側バルブおよび前記出口側バルブの双方を閉鎖する閉鎖操作と、前記入口側バルブが閉鎖された状態を維持しつつ、前記改質装置の内部が所定圧力に上昇するとき前記出口側バルブを開放させ、その後、前記出口側バルブを閉鎖する開放・閉鎖操作を行うことを特徴とする改質装置システム。   (Additional Item 2) In Additional Item 1, an inlet-side valve that is disposed upstream of the reformer and supplies a reforming raw material to the reformer of the reformer, and on the downstream side of the reformer In a reformer system comprising an outlet-side valve that is disposed and discharges the reformed gas generated by the reformer from the reformer, the reformer is operated to generate the reformed gas Thereafter, when performing the reforming operation stop operation for stopping the reforming operation of the reformer, the control unit closes both the inlet side valve and the outlet side valve, and the inlet side valve. The outlet side valve is opened when the inside of the reformer rises to a predetermined pressure while maintaining the closed state, and then the opening / closing operation for closing the outlet side valve is performed. Reformer system.

本発明は燃料電池システム、水素生成システム等に使用される改質装置に利用することができる。   The present invention can be used for a reformer used in a fuel cell system, a hydrogen generation system, or the like.

実施例1に係り、改質装置のシステム図である。1 is a system diagram of a reformer according to Embodiment 1. FIG. 実施例1に係り、改質装置の要部のシステム図である。1 is a system diagram of a main part of a reforming apparatus according to Embodiment 1. FIG. 実施例2に係り、制御部が改質装置の運転停止時に実行するタイミングチャートを示す。The timing chart which it concerns on Example 2 and a control part performs at the time of a driving | operation stop of a reformer is shown. 実施例3に係り、制御部が改質装置の運転停止時に実行するタイミングチャートを示す。The timing chart which concerns on Example 3 and is performed when a control part stops the operation | movement of a reformer is shown. 実施例8に係り、制御部が改質装置の運転停止時に実行するタイミングチャートを示す。The timing chart which concerns on Example 8 and a control part performs at the time of operation stop of a reformer is shown. 実施例9に係り、制御部が改質装置の運転停止時に実行するタイミングチャートを示す。The timing chart which concerns on Example 9 and is performed when a control part stops the operation | movement of a reformer is shown. 実施例10に係り、改質装置を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a reforming apparatus according to Example 10;

符号の説明Explanation of symbols

1は燃料電池、2は改質装置、25a、25mはバルブ(入口側バルブ)、25hはバルブ(出口側バルブ)、30は燃焼部(加熱部)、34は改質部、36は蒸発部、37はCO酸化除去部(CO低減部)、37eは触媒、37pは出口、4は熱交換部、5はCOシフト部、500は制御部を示す。   1 is a fuel cell, 2 is a reformer, 25a and 25m are valves (inlet side valves), 25h is a valve (outlet side valve), 30 is a combustion part (heating part), 34 is a reforming part, and 36 is an evaporation part , 37 is a CO oxidation removal unit (CO reduction unit), 37e is a catalyst, 37p is an outlet, 4 is a heat exchange unit, 5 is a CO shift unit, and 500 is a control unit.

Claims (8)

ガス状の改質用原料と水分とを反応させることにより、水素を含有する改質ガスを生成する改質部をもつ改質装置と、
前記改質装置の上流側に配置され改質用原料を前記改質装置の前記改質部に供給する入口側バルブと、
前記改質装置の下流側に配置され前記改質装置で生成された前記改質ガスを前記改質装置から吐出する出口側バルブと、
前記入口側バルブおよび前記出口側バルブを制御する制御部とを具備する改質装置システムにおいて、
前記改質装置を運転して前記改質ガスを生成した後、前記改質装置の改質運転を停止させる改質運転停止操作を実施するにあたり、前記制御部は、
前記入口側バルブおよび前記出口側バルブの双方を閉鎖する閉鎖操作と、
前記入口側バルブが閉鎖された状態を維持しつつ、前記改質装置の内部が所定圧力に上昇するとき前記出口側バルブを開放させ、その後、前記出口側バルブを閉鎖する開放・閉鎖操作を行うことを特徴とする改質装置システム。
A reformer having a reforming unit that generates a reformed gas containing hydrogen by reacting a gaseous reforming raw material with moisture;
An inlet-side valve disposed upstream of the reformer and supplying a reforming raw material to the reformer of the reformer;
An outlet side valve that is disposed downstream of the reformer and discharges the reformed gas generated by the reformer from the reformer;
In a reformer system comprising a control unit that controls the inlet side valve and the outlet side valve,
In performing the reforming operation stop operation for stopping the reforming operation of the reformer after the reformer is operated to generate the reformed gas, the control unit includes:
A closing operation for closing both the inlet side valve and the outlet side valve;
While maintaining the state where the inlet side valve is closed, when the inside of the reformer rises to a predetermined pressure, the outlet side valve is opened, and then the opening / closing operation for closing the outlet side valve is performed. A reformer system characterized by that.
請求項1において、前記制御部は、前記閉鎖操作において、前記出口側バルブを開放させつつ前記入口側バルブを閉鎖し、第1所定時間経過した後に、前記出口側バルブを閉鎖することを特徴とする改質装置システム。   The control unit according to claim 1, wherein, in the closing operation, the control unit closes the inlet side valve while opening the outlet side valve, and closes the outlet side valve after a first predetermined time has elapsed. Reformer system. 請求項1または2において、前記制御部は、前記改質運転停止操作において、前記開放・閉鎖操作後に、前記入口側バルブを開放することにより、ガス状の改質用原料を前記改質部に投入することにより、前記改質装置の内部の過剰負圧化を抑制することを特徴とする改質装置システム。   3. The control unit according to claim 1, wherein the control unit opens the inlet-side valve after the opening / closing operation in the reforming operation stop operation, thereby allowing gaseous reforming raw material to enter the reforming unit. A reformer system that suppresses excessive negative pressure inside the reformer by introducing the reformer. 請求項1または2において、前記制御部は、前記改質運転停止操作において、前記開放・閉鎖操作後に、前記改質部の温度が改質反応温度以上であるとき、前記入口側バルブを開放し、ガス状の改質用原料を前記改質部に投入することにより、前記改質部において改質反応により水素を生成させることを特徴とする改質装置システム。   3. The control unit according to claim 1, wherein, in the reforming operation stop operation, the control unit opens the inlet side valve when the temperature of the reforming unit is equal to or higher than the reforming reaction temperature after the opening / closing operation. A reformer system characterized in that hydrogen is generated by a reforming reaction in the reforming section by introducing a gaseous reforming raw material into the reforming section. ガス状の改質用原料と水分とを反応させることにより、水素を含有する改質ガスを生成する改質部をもつ改質装置と、
前記改質装置の上流側に配置され改質用原料を前記改質装置の前記改質部に供給する入口側バルブと、
前記改質装置の下流側に配置され前記改質装置で生成された前記改質ガスを前記改質装置から吐出する出口側バルブと、
前記入口側バルブおよび前記出口側バルブを制御する制御部とを具備する改質装置システムにおいて、
前記改質装置は、前記改質部の他に、前記改質部を加熱する加熱部と、前記改質部に供給する水蒸気を生成する蒸発部と、前記蒸発部と熱交換可能に設けられ前記改質部で生成された改質ガスに含まれるCO成分を低減させる触媒を内蔵するCO低減部とを備えており、
前記改質装置を運転して前記改質ガスを生成した後、前記改質装置の改質運転を停止させる改質運転停止操作を実施するにあたり、前記制御部は、
前記改質装置の前記加熱部による前記改質部の加熱を第2所定時間継続して前記蒸発部の降温を抑えつつ前記CO低減部の降温速度を緩め、前記CO低減部に水素が残留した状態で前記CO低減部の前記触媒を還元処理することを特徴とする改質装置システム。
A reformer having a reforming unit that generates a reformed gas containing hydrogen by reacting a gaseous reforming raw material with moisture;
An inlet-side valve disposed upstream of the reformer and supplying a reforming raw material to the reformer of the reformer;
An outlet side valve that is disposed downstream of the reformer and discharges the reformed gas generated by the reformer from the reformer;
In a reformer system comprising a control unit that controls the inlet side valve and the outlet side valve,
In addition to the reforming unit, the reformer is provided so as to be able to exchange heat with the heating unit that heats the reforming unit, an evaporation unit that generates water vapor to be supplied to the reforming unit, and the evaporation unit. A CO reduction unit containing a catalyst for reducing CO components contained in the reformed gas generated in the reforming unit,
In performing the reforming operation stop operation for stopping the reforming operation of the reformer after the reformer is operated to generate the reformed gas, the control unit includes:
Heating of the reforming unit by the heating unit of the reforming apparatus is continued for a second predetermined time to suppress the temperature decrease of the evaporation unit while slowing the temperature decrease rate of the CO reduction unit, and hydrogen remains in the CO reduction unit. A reformer system characterized in that the catalyst of the CO reduction unit is reduced in a state.
ガス状の改質用原料と水分とを反応させることにより、水素を含有する改質ガスを生成する改質部をもつ改質装置と、
前記改質装置の上流側に配置され改質用原料を前記改質装置の前記改質部に供給する入口側バルブと、
前記改質装置の下流側に配置され前記改質装置で生成された前記改質ガスを前記改質装置から吐出する出口側バルブと、
前記入口側バルブおよび前記出口側バルブを制御する制御部とを具備する改質装置システムにおいて、
前記改質装置は、前記改質部の他に、前記改質部を加熱する加熱部と、前記改質部に供給する水蒸気を生成する蒸発部と、前記蒸発部と熱交換可能に設けられ前記改質部で生成された改質ガスに含まれるCO成分を低減させる触媒を内蔵するCO低減部とを備えており、
前記改質装置を運転して前記改質ガスを生成した後、前記改質装置の改質運転を停止させる改質運転停止操作を実施するにあたり、前記制御部は、
燃料電池の発電運転を停止した後に前記改質装置の改質運転を第3所定時間継続して前記蒸発部の降温を抑えつつ、前記CO低減部の降温速度を緩め、前記CO低減部に水素が残留した状態で前記CO低減部の前記触媒を還元処理することを特徴とする改質装置システム。
A reformer having a reforming unit that generates a reformed gas containing hydrogen by reacting a gaseous reforming raw material with moisture;
An inlet-side valve disposed upstream of the reformer and supplying a reforming raw material to the reformer of the reformer;
An outlet side valve that is disposed downstream of the reformer and discharges the reformed gas generated by the reformer from the reformer;
In a reformer system comprising a control unit that controls the inlet side valve and the outlet side valve,
In addition to the reforming unit, the reformer is provided so as to be able to exchange heat with the heating unit that heats the reforming unit, an evaporation unit that generates water vapor to be supplied to the reforming unit, and the evaporation unit. A CO reduction unit containing a catalyst for reducing CO components contained in the reformed gas generated in the reforming unit,
In performing the reforming operation stop operation for stopping the reforming operation of the reformer after the reformer is operated to generate the reformed gas, the control unit includes:
After the power generation operation of the fuel cell is stopped, the reforming operation of the reformer is continued for a third predetermined time to suppress the temperature decrease of the evaporation unit, while the temperature decrease rate of the CO reduction unit is slowed down, A reformer system characterized in that the catalyst of the CO reduction unit is subjected to a reduction treatment in a state in which residual gas remains.
ガス状の改質用原料と水分とを反応させることにより、水素を含有する改質ガスを生成する改質部をもつ改質装置と、
前記改質装置の上流側に配置され改質用原料を前記改質装置の前記改質部に供給する入口側バルブと、
前記改質装置の下流側に配置され前記改質装置で生成された前記改質ガスを前記改質装置から吐出する出口側バルブと、
前記入口側バルブおよび前記出口側バルブを制御する制御部とを具備する改質装置システムにおいて、
改質装置は、前記改質部の他に、前記改質部を加熱する加熱部と、前記改質部に供給する水蒸気を生成する蒸発部と、前記蒸発部と熱交換可能に設けられ前記改質部で生成された改質ガスに含まれるCO成分を低減させる触媒を内蔵するCO低減部とを備えており、
前記改質装置を運転して前記改質ガスを生成した後、前記改質装置の改質運転を停止させる改質運転停止操作を実施するにあたり、前記制御部は、
前記改質装置の改質運転を維持しつつ、燃料電池の発電運転を低出力領域において第4所定時間発電運転し、前記CO低減部の降温速度を緩め、前記CO低減部に水素が残留した状態で前記CO低減部の前記触媒を還元処理することを特徴とする改質装置システム。
A reformer having a reforming unit that generates a reformed gas containing hydrogen by reacting a gaseous reforming raw material with moisture;
An inlet-side valve disposed upstream of the reformer and supplying a reforming raw material to the reformer of the reformer;
An outlet side valve that is disposed downstream of the reformer and discharges the reformed gas generated by the reformer from the reformer;
In a reformer system comprising a control unit that controls the inlet side valve and the outlet side valve,
In addition to the reforming unit, the reformer is provided with a heating unit for heating the reforming unit, an evaporation unit for generating water vapor to be supplied to the reforming unit, and heat exchange with the evaporation unit. A CO reduction unit that incorporates a catalyst for reducing the CO component contained in the reformed gas generated in the reforming unit,
In performing the reforming operation stop operation for stopping the reforming operation of the reformer after the reformer is operated to generate the reformed gas, the control unit includes:
While maintaining the reforming operation of the reformer, the power generation operation of the fuel cell is generated for a fourth predetermined time in a low output region, the temperature decrease rate of the CO reduction unit is reduced, and hydrogen remains in the CO reduction unit A reformer system characterized in that the catalyst of the CO reduction unit is reduced in a state.
請求項1〜7のうちの一項において、前記制御部は、前記改質運転停止操作において、前記改質部を加熱する加熱部に冷却用気体を流入させることを特徴とする改質装置システム。   The reformer system according to claim 1, wherein the control unit causes a cooling gas to flow into a heating unit that heats the reforming unit in the reforming operation stop operation. .
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