JP2009004346A - Reformer, fuel cell system, and shut-down method for reformer - Google Patents

Reformer, fuel cell system, and shut-down method for reformer Download PDF

Info

Publication number
JP2009004346A
JP2009004346A JP2007251117A JP2007251117A JP2009004346A JP 2009004346 A JP2009004346 A JP 2009004346A JP 2007251117 A JP2007251117 A JP 2007251117A JP 2007251117 A JP2007251117 A JP 2007251117A JP 2009004346 A JP2009004346 A JP 2009004346A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
reforming
reformer
cooling
unit
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2007251117A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5138324B2 (en
Inventor
Yoshiki Kato
芳樹 加藤
Takayuki Watanabe
崇之 渡邉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebara Ballard Corp
Original Assignee
Ebara Ballard Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ebara Ballard Corp filed Critical Ebara Ballard Corp
Priority to JP2007251117A priority Critical patent/JP5138324B2/en
Publication of JP2009004346A publication Critical patent/JP2009004346A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5138324B2 publication Critical patent/JP5138324B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

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

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reformer, a fuel cell system, and a stopping method for a reformer capable of shortening a time period from shutdown of the reformer to blocking the supply to utilities. <P>SOLUTION: The reformer 10 has a reforming section 21 for creating reformed gas g containing hydrogen as a main component by reforming a material r for reforming, a heating section 11 for generating reforming heat used for reforming of the material r for reforming, a cooling fluid passage 16 which flows cooling fluid a for cooling the reforming section 21 increased in temperature by the reforming heat, and a control section for controlling whether forced cooling is performed to flow the cooling fluid a in the cooling fluid passage 16 when stopping generation of the reforming gas g or natural cooling for flowing no cooling fluid a is performed. When designating the forced cooling, the time period from a standstill of the reformer to blocking of the supply to the utilities can be shortened. The fuel cell system is formed to include the reformer 10 and a fuel cell. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は改質器、燃料電池システム、及び改質器の停止方法に関し、特に改質器の停止からメンテナンスが可能となるまでの時間を短縮することができる改質器、燃料電池システム、及び改質器の停止方法に関するものである。   The present invention relates to a reformer, a fuel cell system, and a method for stopping a reformer, and in particular, a reformer, a fuel cell system, and a reformer that can shorten the time from when the reformer stops until maintenance becomes possible. The present invention relates to a method for stopping a reformer.

水素と酸素とを使用して、これらの電気化学的反応により発電する燃料電池は、環境に優しい発電装置として注目されている。燃料電池は発電に水素を必要とするが、水素自体を供給するインフラが普及していないことから入手が比較的困難であるため、都市ガスや灯油等の原料を水蒸気改質して水素リッチな改質ガスを生成する改質器を燃料電池に併設した燃料電池システムを構築することが多い。改質器は、その運転中の温度が約600℃以上になる。   A fuel cell that uses hydrogen and oxygen to generate electric power through these electrochemical reactions has attracted attention as an environmentally friendly power generator. Fuel cells require hydrogen for power generation, but they are relatively difficult to obtain because the infrastructure for supplying hydrogen itself is not widespread. In many cases, a fuel cell system in which a reformer that generates reformed gas is provided in the fuel cell is constructed. The reformer has an operating temperature of about 600 ° C. or higher.

燃料電池システム停止後に改質器をそのまま放置すると、運転中の温度である約600℃から降温し水蒸気が凝縮するのに伴い、改質器の内部圧力が減少することとなる。内部圧力が所定の圧力よりも減少して外気が改質器内に混入した場合は改質器内の触媒が劣化するため、燃料電池システム停止後には改質器内の改質ガス及び水蒸気をパージすることが一般に行なわれる。このパージを、特別な装置が必要となる不活性ガスを用いることなく、改質ガスの原料となる原料ガスで行う技術がある(例えば、特許文献1参照。)。
特開2003−288930号公報
If the reformer is left as it is after the fuel cell system is stopped, the internal pressure of the reformer decreases as the temperature drops from about 600 ° C., which is the operating temperature, and the water vapor condenses. When the internal pressure decreases below the specified pressure and outside air enters the reformer, the catalyst in the reformer deteriorates. Therefore, after the fuel cell system is stopped, the reformed gas and steam in the reformer are removed. Purging is generally performed. There is a technique in which this purging is performed with a raw material gas that is a raw material of the reformed gas without using an inert gas that requires a special apparatus (for example, see Patent Document 1).
JP 2003-288930 A

しかしながら、改質器の停止後に改質器が高温の状態(一般に約400℃以上)で原料ガスを改質器内に投入すると、原料ガス中の炭化水素が熱分解され炭素が析出して改質器の性能低下を生じさせることとなるので、原料ガスの投入は改質器が高温の状態でなくなった後に行うことが好ましい。このような事情がある一方で、燃料電池システムを一旦停止してから電力需要や熱需要の発生等により再度運転する場合には改質器の温度を運転温度(約600℃以上)に上昇させることとなるため、一時的な停止時には改質器の温度をできるだけ下げないようにするのが消費エネルギーを低減する観点から好ましいという事情から、改質器を強制的に冷却する手段が設けられていないのが実情である。改質器を強制的に冷却する手段が設けられていないと、燃料電池システムを長期間使用しない場合やメンテナンスを行うために、燃料電池システムへのユーティリティ(本明細書では、電気・ガス・水道等の公共サービスの総称の意)の供給を遮断したい場合にも、改質器を原料ガスでパージできる状態になるまでは、付帯機器の起動や公共サービスとしてのガス事業者のガスを原料ガスとして供給を受ける場合があるため遮断することができず、改質器の停止からユーティリティの供給の遮断が可能となるまで長時間要していた。   However, if the raw material gas is introduced into the reformer while the reformer is at a high temperature (generally about 400 ° C. or higher) after the reformer is stopped, hydrocarbons in the raw material gas are thermally decomposed and carbon is precipitated and modified. Since this lowers the performance of the mass device, it is preferable to input the raw material gas after the reformer is no longer in a high temperature state. On the other hand, when the fuel cell system is temporarily stopped and then restarted due to generation of power demand or heat demand, the temperature of the reformer is raised to the operating temperature (about 600 ° C. or higher). Therefore, a means for forcibly cooling the reformer is provided from the viewpoint that it is preferable from the viewpoint of reducing energy consumption that the temperature of the reformer is not lowered as much as possible when temporarily stopped. There is no actual situation. If a means for forcibly cooling the reformer is not provided, utilities for the fuel cell system (in this specification, electricity, gas, water, etc.) may be used when the fuel cell system is not used for a long period of time or for maintenance. Even if it is desired to shut off the supply of the public services such as public services, etc., until the reformer can be purged with the raw material gas, it is necessary to start the auxiliary equipment or use the gas of the gas company as a public service as the raw material gas. As a result, it was impossible to shut off the power supply, and it took a long time until the utility supply could be shut off after the reformer stopped.

本発明は上述の課題に鑑み、改質器の停止からユーティリティの供給の遮断が可能となるまでの時間を短縮することができる改質器、この改質器を備える燃料電池システム、及び改質器の停止方法を提供することを目的とする。   In view of the above-described problems, the present invention provides a reformer that can shorten the time from the stop of the reformer until the utility supply can be cut off, a fuel cell system including the reformer, and a reformer. It aims at providing the stop method of a vessel.

上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明に係る改質器は、例えば図1に示すように、改質用原料rを改質して水素を主成分とする改質ガスgを生成する改質部21と;改質用原料rの改質に用いられる改質熱を発生させる加熱部11と;前記改質熱により昇温した改質部21を冷却する冷却流体aを流す冷却流体流路16と;改質ガスgの生成を停止したときに冷却流体流路16に冷却流体aを流す強制冷却を行うか、又は改質ガスgの生成を停止したときに冷却流体aを流さない自然冷却を行うか、を制御する制御部40とを備える。   In order to achieve the above object, a reformer according to the first aspect of the present invention includes a reformed gas g containing hydrogen as a main component by reforming a reforming raw material r as shown in FIG. A heating unit 11 that generates reforming heat used for reforming the reforming raw material r; and a cooling fluid a that cools the reforming unit 21 that has been heated by the reforming heat. A cooling fluid channel 16 to flow; forced cooling to flow the cooling fluid a through the cooling fluid channel 16 when generation of the reformed gas g is stopped, or cooling fluid when generation of the reformed gas g is stopped and a control unit 40 that controls whether natural cooling is performed without flowing a.

このように構成すると、改質ガスの生成を停止したときに冷却流体流路に冷却流体を流す強制冷却を行うか、又は改質ガスの生成を停止したときに冷却流体を流さない自然冷却を行うか、を制御する制御部を備えるので、改質器の停止状態を状況に応じて選択することが可能となり、強制冷却とした場合は例えば改質器の停止からユーティリティの供給の遮断が可能となるまでの時間を短縮することができ、自然冷却とした場合は消費エネルギーを低減することができる。   With this configuration, forced cooling is performed to flow the cooling fluid through the cooling fluid flow path when the generation of the reformed gas is stopped, or natural cooling that does not flow the cooling fluid when the generation of the reformed gas is stopped. It is possible to select the stop state of the reformer according to the situation, and when forced cooling is used, for example, the utility supply can be shut off from the stop of the reformer It is possible to shorten the time until it becomes, and in the case of natural cooling, energy consumption can be reduced.

また、請求項2に記載の発明に係る改質器は、例えば図1に示すように、請求項1に記載の改質器10において、加熱部11が、燃焼用燃料fと燃焼用空気aとを導入して燃焼用燃料fを燃焼させるバーナー12を有し;冷却流体流路16が加熱部11と連通し、前記強制冷却の際に燃焼用空気aを冷却流体流路16に流すように構成されている。   Further, the reformer according to the second aspect of the present invention is the reformer 10 according to the first aspect, for example, as shown in FIG. 1, wherein the heating unit 11 includes the combustion fuel f and the combustion air a. And the combustion fluid f is burned, and the cooling fluid channel 16 communicates with the heating unit 11 so that the combustion air a flows through the cooling fluid channel 16 during the forced cooling. It is configured.

このように構成すると、強制冷却の際に燃焼用空気を冷却流体流路に流すように構成されているので、燃焼用空気を冷却流体として使用することなり、装置構成を単純にすることができる。   With this configuration, since the combustion air is configured to flow through the cooling fluid flow path during forced cooling, the combustion air is used as the cooling fluid, and the apparatus configuration can be simplified. .

また、請求項3に記載の発明に係る改質器は、例えば図1に示すように、請求項1又は請求項2に記載の改質器10において、制御部40に、強制冷却及び自然冷却のいずれを行わせるのかについての手動入力を受け付ける冷却指定手段45を備える。   Further, the reformer according to the invention described in claim 3 is, for example, as shown in FIG. 1, in the reformer 10 according to claim 1 or 2, the control unit 40 includes forced cooling and natural cooling. The cooling designation means 45 is provided for accepting manual input as to which of the above is to be performed.

このように構成すると、簡便な操作で改質器を停止したときの冷却方式を選択することができる。   If comprised in this way, the cooling system when a reformer will be stopped by simple operation can be selected.

また、請求項4に記載の発明に係る改質器は、例えば図1に示すように、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の改質器10において、改質部21に改質用原料rを供給する改質用原料供給手段31と;改質部21の温度を検出する改質部温度検出手段42と;改質部21の内部圧力を検出する改質部圧力検出手段41と;改質部21に改質用原料r及び改質ガスgの少なくとも一方を密閉する密閉手段35〜38と;改質ガスgの生成を停止したときに、改質部21の温度が所定の温度以下となるまでは改質ガスgを改質部21に封入し、改質部21の温度が所定の温度以下となったときに改質用原料rを改質部21に封入すると共に、改質部21の内部圧力が所定の圧力以下となったときに改質用原料rを改質部21に供給して改質部21の内部圧力を上昇させるように、密閉手段35〜38及び改質用原料供給手段31を制御する制御装置40とを備える。   Moreover, the reformer according to the invention of claim 4 is the reformer 10 according to any one of claims 1 to 3, for example, as shown in FIG. Reforming material supply means 31 for supplying the reforming material r; reforming part temperature detection means 42 for detecting the temperature of the reforming part 21; reforming part pressure detection for detecting the internal pressure of the reforming part 21 Means 41; sealing means 35 to 38 for sealing at least one of the reforming raw material r and the reformed gas g in the reforming part 21; and the temperature of the reforming part 21 when the generation of the reformed gas g is stopped. The reformed gas g is sealed in the reforming section 21 until the temperature of the reforming section 21 becomes equal to or lower than a predetermined temperature, and the reforming material r is sealed in the reforming section 21 when the temperature of the reforming section 21 reaches a predetermined temperature or lower. At the same time, the reforming material r is supplied to the reforming unit 21 when the internal pressure of the reforming unit 21 becomes equal to or lower than a predetermined pressure. As to increase the internal pressure of the part 21, and a control unit 40 for controlling the closure means 35-38 and the reforming material supply means 31.

上述のように、改質器が高温(約400℃以上)の状態で改質用原料のガスを封入すると、改質用原料の炭化水素が熱分解され炭素が析出して改質器の性能が低下することがある。しかし、前段落に記載のように構成すると、改質器の性能の低下を抑制しつつ改質触媒の劣化を防ぐことができる。   As described above, when the reforming raw material gas is sealed while the reformer is at a high temperature (about 400 ° C. or higher), the reforming raw material hydrocarbon is pyrolyzed and carbon is precipitated, and the performance of the reformer. May decrease. However, if configured as described in the previous paragraph, deterioration of the reforming catalyst can be prevented while suppressing a decrease in the performance of the reformer.

また、請求項5に記載の発明に係る燃料電池システムは、例えば図2に示すように、請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の改質器10と;改質ガスgと酸化剤ガスtとを導入して発電する燃料電池60とを備える。   Further, the fuel cell system according to the invention described in claim 5 includes a reformer 10 according to any one of claims 1 to 4; a reformed gas g, as shown in FIG. And a fuel cell 60 that generates power by introducing the oxidant gas t.

このように構成すると、改質器の停止からユーティリティの供給の遮断が可能となるまでの時間を短縮することができる燃料電池システムとなる。   If comprised in this way, it will become a fuel cell system which can shorten time until the supply of a utility can be interrupted | blocked from the stop of a reformer.

また、請求項6に記載の発明に係る燃料電池システムは、例えば図2に示すように、請求項5に記載の燃料電池システム100において、燃料電池システム100に、自然冷却に優先して強制冷却を行う事情が発生したことを検出する強制冷却起動検出器49と;強制冷却起動検出器49が自然冷却に優先して強制冷却を行う事情が発生したことを検出したときに、制御部40(例えば図1参照)に強制冷却を行わせるように制御部40(例えば図1参照)を制御する制御装置70とを備える。   In addition, in the fuel cell system according to the invention described in claim 6, for example, as shown in FIG. 2, in the fuel cell system 100 according to claim 5, the fuel cell system 100 is forcedly cooled in preference to natural cooling. A forced cooling start detector 49 for detecting the occurrence of a situation in which the forced cooling start detector 49 detects that a situation in which forced cooling is given priority over natural cooling has occurred. For example, the control apparatus 70 which controls the control part 40 (for example, refer FIG. 1) is provided so that forced cooling may be performed.

このように構成すると、強制冷却起動検出器が自然冷却に優先して強制冷却を行う事情が発生したときに、制御部に強制冷却を行わせるようにするので、強制冷却を行う事情が発生してから燃料電池システムへのユーティリティの供給の遮断が可能となるまでの時間を短縮することができる。   With this configuration, when the forced cooling start detector is forced to perform forced cooling in preference to natural cooling, the control unit is forced to perform forced cooling. It is possible to shorten the time until the utility supply to the fuel cell system can be interrupted.

上記目的を達成するために、請求項7に記載の発明に係る改質器の停止方法は、例えば図1及び図3に示すように、改質用原料rを改質して水素を主成分とする改質ガスgを生成する改質部21と、改質用原料rの改質に用いられる改質熱を発生させる加熱部11と、前記改質熱により昇温した改質部21を冷却する冷却流体aを流す冷却流体流路16とを有する改質器10を停止する方法であって;改質部21への改質用原料rの供給を停止する改質用原料停止工程(ST2)と;前記改質熱の発生を停止する改質熱停止工程(ST1)と;冷却流体流路16に冷却流体aを流して改質部21を冷却する冷却工程(ST4)とを備える。   In order to achieve the above object, the reformer stopping method according to the invention described in claim 7 is characterized in that, as shown in FIGS. A reforming unit 21 that generates the reformed gas g, a heating unit 11 that generates reforming heat used for reforming the reforming raw material r, and a reforming unit 21 that is heated by the reforming heat. A method of stopping a reformer 10 having a cooling fluid channel 16 for flowing a cooling fluid a to be cooled; a reforming material stopping step (stopping the supply of the reforming material r to the reforming unit 21) A reforming heat stopping step (ST1) for stopping the generation of the reforming heat; and a cooling step (ST4) for flowing the cooling fluid a through the cooling fluid channel 16 to cool the reforming portion 21. .

このように構成すると、改質器の停止からユーティリティの供給の遮断が可能となるまでの時間を短縮することができる。   If comprised in this way, time until it becomes possible to interrupt | block supply of a utility from the stop of a reformer can be shortened.

また、請求項8に記載の発明に係る改質器の停止方法は、例えば図1及び図3に示すように、請求項7に記載の改質器の停止方法において、改質部21に改質ガスgを封入する改質ガス封入工程(ST3)と;改質部21の温度を検出する改質部温度検出工程(ST5)と;改質部21の温度が所定の温度以下となったときに、改質部21に封入された改質ガスgを改質用原料rに置換して、改質部21に改質用原料rを封入する改質用原料封入工程(ST7)とを備える。   Further, the reformer stopping method according to the invention described in claim 8 is modified to the reforming unit 21 in the reformer stopping method according to claim 7, for example, as shown in FIGS. A reformed gas enclosing step (ST3) for enclosing the gaseous gas g; a reforming portion temperature detecting step (ST5) for detecting the temperature of the reforming portion 21; and the temperature of the reforming portion 21 is equal to or lower than a predetermined temperature. Sometimes, the reforming material g sealed in the reforming unit 21 is replaced with the reforming material r, and the reforming material r is sealed in the reforming unit 21 (ST7). Prepare.

このように構成すると、改質用原料の炭化水素が熱分解され炭素が析出することに起因する改質器の性能低下を抑制することができる。   If comprised in this way, the performance fall of the reformer resulting from the hydrocarbon of the raw material for a reforming being thermally decomposed and carbon depositing can be suppressed.

また、請求項9に記載の発明に係る改質器の停止方法は、例えば図1及び図3に示すように、請求項8に記載の改質器の停止方法において、改質部21の内部圧力を検出する改質部圧力検出工程(ST5)と;改質部21の温度が所定の温度以下で改質部21の内部圧力が所定の圧力以下となったときに、改質部21に改質用原料rを供給して改質部21の内部圧力を昇圧する昇圧工程(ST9)とを備える。   Further, the reformer stopping method according to the ninth aspect of the present invention is the reformer stopping method according to the eighth aspect of the present invention, as shown in FIGS. 1 and 3, for example. A reforming section pressure detecting step (ST5) for detecting pressure; when the temperature of the reforming section 21 is equal to or lower than a predetermined temperature and the internal pressure of the reforming section 21 is equal to or lower than a predetermined pressure, the reforming section 21 A boosting step (ST9) of supplying the reforming raw material r to boost the internal pressure of the reforming unit 21.

このように構成すると、改質器の性能の低下を抑制しつつ改質触媒の劣化を防ぐことができる。   If comprised in this way, deterioration of a reforming catalyst can be prevented, suppressing the fall of the performance of a reformer.

本発明によれば、改質ガスの生成を停止したときに冷却流体流路に冷却流体を流す強制冷却を行うか、又は改質ガスの生成を停止したときに冷却流体を流さない自然冷却を行うか、を制御する制御部を備えるので、強制冷却とした場合は改質器の停止からユーティリティの供給の遮断が可能となるまでの時間を短縮することができる。   According to the present invention, forced cooling is performed by flowing a cooling fluid through the cooling fluid channel when the generation of the reformed gas is stopped, or natural cooling is performed without flowing the cooling fluid when the generation of the reformed gas is stopped. Since it is provided with a control unit that controls whether or not to perform the forced cooling, it is possible to shorten the time from the stop of the reformer until the utility supply can be cut off.

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

まず図1を参照して、本発明の第1の実施の形態に係る改質器10を説明する。図1は、改質器10の縦断面図である。改質器10は、改質用原料としての原料ガスrの水蒸気改質に用いる改質熱を発生させる加熱部としての燃焼部11と、原料ガスrを水蒸気改質して準改質ガスjを生成する改質部21と、準改質ガスjから一酸化炭素濃度を低減した改質ガスgを生成する一酸化炭素低減部22と、燃焼部11で生じた排ガスeを外部に排出する排ガス流路16と、原料ガスrの水蒸気改質に用いる水sを流す水管25と、改質器10の運転を制御すると共に改質ガスgの生成を停止したときの改質器10の冷却方式を制御する制御部を有する制御装置40と、制御装置40に行わせる冷却方式の手動入力を受け付ける冷却指定手段としての操作パネル45とを備えている。一酸化炭素低減部22は、準改質ガスj中の一酸化炭素を変成して準改質ガスjから一酸化炭素が低減した変成ガスhとする変成部23と、変成ガスh中の一酸化炭素を選択酸化して変成ガスhからさらに一酸化炭素が低減した改質ガスgを生成する選択酸化部24とを有している。   First, a reformer 10 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the reformer 10. The reformer 10 includes a combustion section 11 as a heating section that generates reforming heat used for steam reforming of a raw material gas r as a reforming raw material, and a semi-reformed gas j by steam reforming the raw material gas r. , A carbon monoxide reduction unit 22 that generates a reformed gas g having a reduced carbon monoxide concentration from the semi-reformed gas j, and exhaust gas e generated in the combustion unit 11 is discharged to the outside. Exhaust gas flow path 16, water pipe 25 for flowing water s used for steam reforming of raw material gas r, and cooling of reformer 10 when the operation of reformer 10 is controlled and the generation of reformed gas g is stopped. A control device 40 having a control unit for controlling the method and an operation panel 45 as a cooling designation means for receiving manual input of a cooling method to be performed by the control device 40 are provided. The carbon monoxide reducing unit 22 converts the carbon monoxide in the semi-reformed gas j into a modified gas h in which the carbon monoxide is reduced from the semi-reformed gas j, and a carbon monoxide reducing unit 22 in the modified gas h. A selective oxidation unit 24 that selectively oxidizes carbon oxide to generate a reformed gas g in which carbon monoxide is further reduced from the modified gas h.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

操作パネル45は表面材48の外側に配設されており、改質器10の冷却方式を、強制冷却とするか自然冷却とするかの選択結果の入力を受け付ける装置である。強制冷却は、典型的には、改質ガスgの生成を停止後に排ガス流路16に冷却流体として燃焼空気aを流して改質器10の温度低下を促進させる冷却方式である。他方、自然冷却は、改質器10を積極的に冷却せずに周囲環境の温度に依存した冷却方式である。操作パネル45には、改質器10停止後の冷却方式を強制冷却とするか自然冷却とするかを人が選択できるボタン(不図示)が設けられている。操作パネル45に設けられているボタンは、例えば、改質器10が停止したときに強制冷却を行わせるボタン、改質器10が停止したときに自然冷却を行わせるボタン、改質器10の運転中であっても直ちに強制冷却に移行させるボタン、将来の任意の時間(例えば1週間後の所定の時間)以降に強制冷却を行わせるボタン等がある。ボタンはタッチパネル等の画面に表示されるものを含む概念である。操作パネル45は制御装置40と電気的に接続されており、選択結果を制御装置40に信号として伝達できるように構成されている。   The operation panel 45 is disposed outside the surface material 48, and is an apparatus that receives an input of a selection result of whether the cooling method of the reformer 10 is forced cooling or natural cooling. The forced cooling is typically a cooling system in which the combustion air a is allowed to flow as a cooling fluid through the exhaust gas flow channel 16 after the generation of the reformed gas g is stopped to promote a temperature drop of the reformer 10. On the other hand, natural cooling is a cooling method depending on the temperature of the surrounding environment without actively cooling the reformer 10. The operation panel 45 is provided with a button (not shown) that allows a person to select whether the cooling method after stopping the reformer 10 is forced cooling or natural cooling. The buttons provided on the operation panel 45 include, for example, a button for performing forced cooling when the reformer 10 stops, a button for performing natural cooling when the reformer 10 stops, There are a button that immediately shifts to forced cooling even during operation, a button that performs forced cooling after an arbitrary time in the future (for example, a predetermined time after one week), and the like. The button is a concept including what is displayed on a screen such as a touch panel. The operation panel 45 is electrically connected to the control device 40, and is configured to transmit a selection result as a signal to the control device 40.

制御装置40は表面材48の外側に配設されており、改質器10の運転を制御する。制御装置40は、圧力センサ41から圧力信号を受信し、温度センサ42から温度信号を受信する。また、制御装置40は、各弁35、36、37、38のそれぞれに開閉信号を送信し、各弁35、36、37、38の開閉動作を制御する。また、制御装置40は、各ブロワ31、32、33に接続された動力系統(不図示)を介して供給される電力を調節することにより、各ブロワ31、32、33の発停や流体の吐出量を制御する。また、制御装置40は、強制冷却又は自然冷却のうち選択された冷却方式に従った改質器10の停止工程を行うように、燃焼空気ブロワ32の発停を制御する制御部を有している。制御部は、操作パネル45や後述する強制冷却起動検出器から選択信号を受信して、選択された冷却方式に従った改質器10の停止工程を行うように制御する。本実施の形態では、制御部は制御装置40と一体不可分に構成されているが、別々に構成されていてもよい。また、制御装置40と操作パネル45とは、概念上は別物として示されているが、物理的には一体に構成されていてもよく、あるいは分離して構成されていてもよい。   The control device 40 is disposed outside the surface material 48 and controls the operation of the reformer 10. The control device 40 receives a pressure signal from the pressure sensor 41 and receives a temperature signal from the temperature sensor 42. The control device 40 transmits an open / close signal to each of the valves 35, 36, 37, and 38 to control the open / close operation of each of the valves 35, 36, 37, and 38. Moreover, the control apparatus 40 adjusts the electric power supplied via the motive power system (not shown) connected to each blower 31, 32, 33, and starts / stops each blower 31, 32, 33, and fluid. Control the discharge rate. In addition, the control device 40 includes a control unit that controls the start and stop of the combustion air blower 32 so as to perform the stop process of the reformer 10 according to the cooling method selected from forced cooling or natural cooling. Yes. The control unit receives a selection signal from the operation panel 45 or a forced cooling start detector, which will be described later, and performs control so that the reformer 10 is stopped according to the selected cooling method. In the present embodiment, the control unit is inseparably integrated with the control device 40, but may be configured separately. In addition, the control device 40 and the operation panel 45 are conceptually illustrated as separate objects, but may be physically configured integrally or may be configured separately.

次に図2を参照して、本発明の第2の実施の形態に係る燃料電池システム100を説明する。図2は燃料電池システム100の模式的系統図である。燃料電池システム100は、これまで説明した改質器10と、水素と酸素との電気化学的反応により発電する燃料電池60と、自然冷却に優先して強制冷却を行う事情が発生したことを検出する強制冷却起動検出器としての異常検出手段49と、制御装置70とを備えている。   Next, a fuel cell system 100 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic system diagram of the fuel cell system 100. The fuel cell system 100 detects that the reformer 10 described so far, the fuel cell 60 that generates electric power by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, and a situation in which forced cooling is given priority over natural cooling have occurred. And an abnormality detecting means 49 as a forced cooling start detector.

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

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

アノード61には、改質ガスgをアノード61に供給する改質ガス管68と、アノードオフガスpを排出するアノードオフガス管69とが接続されている。改質ガス管68は改質ガス遮断弁38に接続されている。改質ガス管68には、改質ガス遮断弁88が配設されている。アノードオフガス管69は、燃焼用原料遮断弁39よりも下流の燃焼燃料管59に接続されている。燃焼燃料管59は、原料ガスブロワ31と原料ガス遮断弁36との間の原料ガス管56から分岐した管となっている。燃焼燃料管59を原料ガス管56から分岐することにより、原料ガスrを燃焼燃料fとしてバーナー12に導くことが可能となる。アノードオフガス管69には、アノードオフガス遮断弁89が配設されている。改質ガス遮断弁88より上流の改質ガス管68とアノードオフガス遮断弁89より下流のアノードオフガス管69とはバイパス管67で接続されている。バイパス管67にはバイパス遮断弁87が配設されている。バイパス管67の分岐と改質ガス遮断弁38との間の改質ガス管68には、改質器10に封入されたガスを系外に排出するためのパージ管98が接続されている。パージ管98には、ガスの流通を遮断可能なパージ弁99が配設されている。カソード62には、酸化剤ガスtをカソード62に供給する酸化剤ガス管65と、カソードオフガスqを排出するカソードオフガス管66とが接続されている。酸化剤ガス管65には、酸化剤ガスtを圧送する酸化剤ガスブロワ64が配設されている。なお、酸化剤ガスブロワ64は、燃焼空気ブロワ32及び/又は選択酸化空気ブロワ33を兼ねていてもよい。   The anode 61 is connected to a reformed gas pipe 68 that supplies the reformed gas g to the anode 61 and an anode offgas pipe 69 that discharges the anode offgas p. The reformed gas pipe 68 is connected to the reformed gas cutoff valve 38. In the reformed gas pipe 68, a reformed gas cutoff valve 88 is disposed. The anode off gas pipe 69 is connected to a combustion fuel pipe 59 downstream of the combustion material shutoff valve 39. The combustion fuel pipe 59 is a pipe branched from the raw material gas pipe 56 between the raw material gas blower 31 and the raw material gas cutoff valve 36. By branching the combustion fuel pipe 59 from the source gas pipe 56, the source gas r can be led to the burner 12 as the combustion fuel f. An anode off gas shutoff valve 89 is disposed in the anode off gas pipe 69. A reformed gas pipe 68 upstream of the reformed gas cutoff valve 88 and an anode offgas pipe 69 downstream of the anode offgas cutoff valve 89 are connected by a bypass pipe 67. A bypass shutoff valve 87 is disposed in the bypass pipe 67. A purge pipe 98 for discharging the gas sealed in the reformer 10 out of the system is connected to the reformed gas pipe 68 between the branch of the bypass pipe 67 and the reformed gas cutoff valve 38. The purge pipe 98 is provided with a purge valve 99 capable of shutting off the gas flow. An oxidant gas pipe 65 that supplies the oxidant gas t to the cathode 62 and a cathode offgas pipe 66 that discharges the cathode offgas q are connected to the cathode 62. The oxidant gas pipe 65 is provided with an oxidant gas blower 64 that pumps the oxidant gas t. The oxidant gas blower 64 may also serve as the combustion air blower 32 and / or the selective oxidation air blower 33.

異常検出手段49は、燃料電池システム100を即時に停止すべき異常が改質器10又は燃料電池60に発生したことを検出する装置である。異常検出手段49としては、例えば、可燃性のガスが漏洩したことを検知する可燃性ガス漏洩検知器、燃料電池60の発電電圧が低下したことを検出するスタック電圧低下検知器等が挙げられ、典型的にはメンテナンス員によるメンテナンスを必要とするような改質器10又は燃料電池60についての異常を検出する装置である。本実施の形態では、異常検出手段49は、改質器10の異常も燃料電池60の異常も検出する装置であるが、改質器10及び燃料電池60のうち少なくとも一方の異常を検出するように構成されていてもよい。   The abnormality detection means 49 is a device that detects that an abnormality that should immediately stop the fuel cell system 100 has occurred in the reformer 10 or the fuel cell 60. Examples of the abnormality detection means 49 include a flammable gas leak detector that detects that flammable gas has leaked, a stack voltage drop detector that detects that the power generation voltage of the fuel cell 60 has decreased, and the like. Typically, this is a device that detects an abnormality in the reformer 10 or the fuel cell 60 that requires maintenance by maintenance personnel. In the present embodiment, the abnormality detection means 49 is a device that detects both the abnormality of the reformer 10 and the abnormality of the fuel cell 60, but detects the abnormality of at least one of the reformer 10 and the fuel cell 60. It may be configured.

制御装置70は、燃料電池システム100を制御する。制御装置70は、燃焼用原料遮断弁39、バイパス遮断弁87、改質ガス遮断弁88、アノードオフガス遮断弁89に各々信号を送信し、各弁の開閉動作をさせることができるように構成されている。また、制御装置70は、酸化剤ガスブロワ64を制御する。また、制御装置70は、改質器10の制御装置40(図1参照)と連係して改質器10を制御する。また、制御装置70は、異常検出手段49から信号を受信して、燃料電池システム100(改質器10及び燃料電池60を含む)を停止することができる。なお、制御装置70は、異常検出手段49と一体に構成されていてもよい。また、制御装置70は、制御装置40(図1参照)と一体に構成されていてもよい(すなわち、制御装置40(図1参照)、操作パネル45(図1参照)、制御装置70、異常検出手段49が一体に構成されていてもよい。)。   The control device 70 controls the fuel cell system 100. The control device 70 is configured to transmit signals to the combustion raw material shut-off valve 39, the bypass shut-off valve 87, the reformed gas shut-off valve 88, and the anode off-gas shut-off valve 89 so as to open and close the respective valves. ing. Further, the control device 70 controls the oxidant gas blower 64. The control device 70 controls the reformer 10 in conjunction with the control device 40 (see FIG. 1) of the reformer 10. Further, the control device 70 can receive the signal from the abnormality detection means 49 and stop the fuel cell system 100 (including the reformer 10 and the fuel cell 60). The control device 70 may be configured integrally with the abnormality detection means 49. Further, the control device 70 may be configured integrally with the control device 40 (see FIG. 1) (that is, the control device 40 (see FIG. 1), the operation panel 45 (see FIG. 1), the control device 70, an abnormality. The detection means 49 may be integrally formed.)

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

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

水sは、水管25を流れて原料ガス導入管26に至るまでに受熱して水蒸気となる。水蒸気と原料ガスrとは原料ガス導入管26内で混合されて改質部21に到達する。改質部21では、原料ガスr中の炭化水素と水sが気化した水蒸気とが燃焼部11から改質熱を得て反応し(水蒸気改質反応)、水素と一酸化炭素とを含む準改質ガスjが生成される。許容量を超えた一酸化炭素含むガスを燃料電池60のアノード61に供給すると燃料電池60の電極触媒(不図示)が被毒するので、準改質ガスj中の一酸化炭素濃度を低減するために改質部21で生成された準改質ガスjは変成部23に送られる。   The water s receives heat from the water pipe 25 and reaches the raw material gas introduction pipe 26 to become water vapor. The steam and the source gas r are mixed in the source gas introduction pipe 26 and reach the reforming section 21. In the reforming unit 21, the hydrocarbon in the raw material gas r and the water vapor vaporized from the water s react with the reforming heat obtained from the combustion unit 11 (steam reforming reaction) and include hydrogen and carbon monoxide. The reformed gas j is generated. When a gas containing carbon monoxide exceeding the allowable amount is supplied to the anode 61 of the fuel cell 60, the electrode catalyst (not shown) of the fuel cell 60 is poisoned, so that the carbon monoxide concentration in the semi-reformed gas j is reduced. Therefore, the semi-reformed gas j generated in the reforming unit 21 is sent to the shift unit 23.

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

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

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

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

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

燃料電池60ではアノード61に導入された改質ガスg中の水素と、カソード62に導入された酸化剤ガスt中の酸素とによる電気化学的反応が行なわれる。電気化学的反応は、アノード61では以下の(1)式に示す反応が行なわれ、カソード62では以下の(2)式に示す反応が行なわれる。
2H → 4H + 4e ・・・(1)
+ 4H + 4e → 2HO ・・・(2)
この電気化学的反応によって発電し、発熱すると共に水分が生成される。さらに説明を加えると、アノード61の電子が外部電気回路(不図示)を通ってカソード62に移動する際に電力を得ることができる。アノード61の水素イオンは固体高分子膜を通過してカソード62に移動し、酸素と結合して水分が発生する。上述のように、この電気化学的反応は発熱反応である。
In the fuel cell 60, an electrochemical reaction is performed between hydrogen in the reformed gas g introduced into the anode 61 and oxygen in the oxidant gas t introduced into the cathode 62. As for the electrochemical reaction, the reaction represented by the following formula (1) is performed at the anode 61, and the reaction represented by the following formula (2) is performed at the cathode 62.
2H 2 → 4H + + 4e (1)
O 2 + 4H + + 4e → 2H 2 O (2)
Electricity is generated by this electrochemical reaction, heat is generated, and moisture is generated. In further explanation, electric power can be obtained when electrons of the anode 61 move to the cathode 62 through an external electric circuit (not shown). Hydrogen ions of the anode 61 pass through the solid polymer film and move to the cathode 62, and combine with oxygen to generate moisture. As mentioned above, this electrochemical reaction is an exothermic reaction.

燃料電池60によって得られる電力は直流電力であり、必要に応じてパワーコンディショナ(不図示)で交流電力に変換されて電力負荷(不図示)に送電される。他方、燃料電池60で発生する熱は、燃料電池60を冷却する冷却水(不図示)を媒体として、例えば貯湯タンク(不図示)に蓄えられ、必要に応じて給湯や暖房等の熱負荷において消費される。貯湯タンク(不図示)には、蓄えられている温水の再加熱(炊き上げ)を行う加熱装置(不図示)が設けられていてもよい。加熱装置(不図示)が作動するときは、燃料電池60の冷却水温度が許容値以上となる場合があるため、燃料電池60の発電(ひいては改質器10における改質ガスgの生成)を速やかに停止させることが好ましい。したがって、加熱装置(不図示)が作動したことは、自然冷却に優先して強制冷却を行う事情と捉えることができるため、加熱装置(不図示)が設けられた場合は強制冷却起動検出器としての加熱装置作動検出器(不図示)を併せて設けることが好ましい。燃料電池60で発生した熱を有効利用することにより、燃料電池システム100の効率が向上することとなる。   The electric power obtained by the fuel cell 60 is direct-current power, which is converted into alternating-current power by a power conditioner (not shown) as necessary and transmitted to an electric power load (not shown). On the other hand, the heat generated in the fuel cell 60 is stored in, for example, a hot water storage tank (not shown) using cooling water (not shown) for cooling the fuel cell 60 as a medium, and in a heat load such as hot water supply or heating as necessary. Is consumed. The hot water storage tank (not shown) may be provided with a heating device (not shown) for reheating (cooking) the stored hot water. When the heating device (not shown) is operated, the cooling water temperature of the fuel cell 60 may exceed an allowable value, so that the power generation of the fuel cell 60 (and generation of the reformed gas g in the reformer 10) is performed. It is preferable to stop immediately. Therefore, since the operation of the heating device (not shown) can be regarded as a situation where forced cooling is given priority over natural cooling, when a heating device (not shown) is provided, it is used as a forced cooling start detector. It is preferable to provide a heating device operation detector (not shown). By effectively using the heat generated in the fuel cell 60, the efficiency of the fuel cell system 100 is improved.

また、貯湯タンク(不図示)内の水(温水)によって、燃料電池60を冷却する冷却水(不図示)を、燃料電池60の運転の継続ができるように冷却することができなくなった場合も、自然冷却に優先して強制冷却を行う事情が発生したこととなる。貯湯タンク(不図示)内の水によって冷却水(不図示)を冷却することができなくなった場合の例としては、貯湯タンク(不図示)内の水を抜く必要が生じた場合や、給湯や暖房等の熱を利用する側において異常が発生して貯湯タンク(不図示)に蓄えられた熱を利用することができなくなった場合等が挙げられる。例えば、貯湯タンク(不図示)から導出された温水と暖房に用いられる空気との熱交換を行う暖房熱交換器(不図示)において流体(温水又は空気)のリークが発生したときは、暖房熱交換器(不図示)への温水の供給を停止して暖房熱交換器(不図示)のメンテナンスを行うことになるが、暖房熱交換器(不図示)への温水の供給を停止すると貯湯タンク(不図示)内の温度が下がらずに燃料電池60の冷却水温度が許容値以上となる場合がある。燃料電池60の冷却水温度が許容値以上となると、燃料電池60を冷却することができなくなって発電の継続ができなくなるため、燃料電池60の発電、ひいては改質器10における改質ガスgの生成を速やかに停止させることが好ましい。このように、燃料電池システム100の運転を継続しがたい異常(例えば、貯湯タンク(不図示)内の水を抜いてメンテナンスを行う必要があるような異常や、給湯や暖房等の熱を利用する側の機器等の2次側機器(不図示)における異常)が発生した場合は、強制冷却を行うことが好ましい。このとき、2次側機器(不図示)において燃料電池システム100の運転を継続しがたい異常が発生したことを検出する強制冷却起動検出器としての2次側機器異常検出器(不図示)を併せて設けることが好ましい。なお、異常検出手段49が2次側機器異常検出器(不図示)を兼ねていてもよい。   Also, the cooling water (not shown) for cooling the fuel cell 60 cannot be cooled by the water (warm water) in the hot water storage tank (not shown) so that the operation of the fuel cell 60 can be continued. Therefore, there is a situation in which forced cooling is given priority over natural cooling. Examples of cases where the cooling water (not shown) cannot be cooled by the water in the hot water storage tank (not shown) include cases where it is necessary to drain the water in the hot water storage tank (not shown), A case where an abnormality occurs on the side using heat such as heating and the heat stored in a hot water storage tank (not shown) can no longer be used. For example, when a fluid (hot water or air) leaks in a heating heat exchanger (not shown) that performs heat exchange between hot water derived from a hot water storage tank (not shown) and air used for heating, the heating heat Maintenance of the heating heat exchanger (not shown) is performed by stopping the supply of hot water to the exchanger (not shown), but when the supply of hot water to the heating heat exchanger (not shown) is stopped, the hot water storage tank There is a case where the temperature of the cooling water of the fuel cell 60 becomes an allowable value or higher without the temperature inside (not shown) falling. When the cooling water temperature of the fuel cell 60 exceeds the allowable value, the fuel cell 60 cannot be cooled and power generation cannot be continued. Therefore, the power generation of the fuel cell 60 and, consequently, the reformed gas g in the reformer 10 It is preferable to stop the production promptly. As described above, it is difficult to continue the operation of the fuel cell system 100 (for example, abnormalities that require maintenance by draining water in a hot water storage tank (not shown)) or use heat such as hot water supply or heating. When an abnormality in a secondary device (not shown) such as a device on the side of occurrence occurs, forced cooling is preferably performed. At this time, a secondary side device abnormality detector (not shown) as a forced cooling start detector that detects that an abnormality in which it is difficult to continue the operation of the fuel cell system 100 in the secondary side device (not shown) is provided. It is preferable to provide them together. Note that the abnormality detection means 49 may also serve as a secondary side device abnormality detector (not shown).

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

次に図3のフローチャートを併せて参照して、燃料電池システム100の停止時の作用を説明する。図3のフローチャートに示される例では、燃料電池システム100は、停止時における改質器10の冷却方式が自然冷却であるか強制冷却であるかが操作パネル45を介してあらかじめ入力されている。自然冷却が指定されている場合は、燃料電池システム100を停止する旨の指令が制御装置70に入力されると、アノードオフガス遮断弁89を閉にして(燃焼燃料fとして原料ガスrがバーナー12に供給されている場合は燃焼用原料遮断弁39を併せて閉にして)バーナー12への燃焼燃料fの供給を停止し、バーナー12の燃焼を停止する(ST1)。併せて、酸化剤ガスブロワ64を停止すると共に遮断弁(不図示)を閉にすることにより、酸化剤ガスtがカソード62に供給されないようにする。これにより、燃料電池60の固体高分子膜の乾燥を防ぐと共に触媒の酸化を防いで、燃料電池60の性能低下を防いでいる。また、各ブロワ31、32、33及び水ポンプ34を停止すると共に水遮断弁35、原料ガス遮断弁36、選択酸化空気遮断弁37、改質ガス遮断弁38を閉にして、改質器10への水s、原料ガスr、選択酸化空気cの供給を停止する(ST2)。これにより、改質器10の改質部21及び一酸化炭素低減部22が準改質ガスj等(改質器10で原料ガスrが改質されて生成されたガスであり、準改質ガスj、変成ガスh、改質ガスgのいずれか、又はこれらの混合ガス)で密封される(ST3)。なお、改質器10の停止時に改質器10の内部に封入される改質ガスとは、改質ガスgのみならず準改質ガスj、変成ガスhを含む概念である(一酸化炭素濃度にかかわらず改質用原料が改質されたガスの意)。このように、改質部21及び一酸化炭素低減部22を、準改質ガスj等で封入してその外部よりも正圧にすることにより、改質部21及び一酸化炭素低減部22への外気の侵入を防ぎ、改質触媒、変成触媒、選択酸化触媒が酸素に触れることに起因して劣化することを防いでいる。なお、燃料電池システム100の停止時は、改質ガス遮断弁88も閉にする。自然冷却では、強制冷却に比べて改質器10の温度低下が小さいので、次回燃料電池システム100を起動するときに定常運転時の温度まで昇温するのに要する時間及びエネルギー(燃料)が少なくて済み、燃料電池システム100が発電可能となるまでに要する時間も短くなる。   Next, the operation when the fuel cell system 100 is stopped will be described with reference to the flowchart of FIG. In the example shown in the flowchart of FIG. 3, in the fuel cell system 100, whether the cooling method of the reformer 10 at the time of stop is natural cooling or forced cooling is input in advance via the operation panel 45. When natural cooling is designated, when an instruction to stop the fuel cell system 100 is input to the control device 70, the anode off-gas shut-off valve 89 is closed (the raw material gas r becomes the burner 12 as the combustion fuel f). When the fuel is supplied, the combustion material cutoff valve 39 is also closed), and the supply of the combustion fuel f to the burner 12 is stopped, and the combustion of the burner 12 is stopped (ST1). At the same time, the oxidant gas blower 64 is stopped and the shutoff valve (not shown) is closed to prevent the oxidant gas t from being supplied to the cathode 62. As a result, the solid polymer membrane of the fuel cell 60 is prevented from being dried and the catalyst is prevented from being oxidized, thereby preventing the performance of the fuel cell 60 from being lowered. Also, the blowers 31, 32, 33 and the water pump 34 are stopped, and the water shutoff valve 35, the raw material gas shutoff valve 36, the selective oxidation air shutoff valve 37, and the reformed gas shutoff valve 38 are closed, and the reformer 10 The supply of water s, source gas r, and selective oxidant air c is stopped (ST2). As a result, the reforming unit 21 and the carbon monoxide reduction unit 22 of the reformer 10 are semi-reformed gas j or the like (a gas generated by reforming the raw material gas r in the reformer 10, Gas j, modified gas h, reformed gas g, or a mixed gas thereof) is sealed (ST3). The reformed gas enclosed in the reformer 10 when the reformer 10 is stopped is a concept including not only the reformed gas g but also the semi-reformed gas j and the modified gas h (carbon monoxide). This is a gas in which the raw material for reforming is reformed regardless of the concentration). In this manner, the reforming unit 21 and the carbon monoxide reduction unit 22 are sealed with the semi-reformed gas j or the like and set to a positive pressure from the outside thereof, so that the reforming unit 21 and the carbon monoxide reduction unit 22 are transferred. Intrusion of outside air is prevented, and the reforming catalyst, shift catalyst, and selective oxidation catalyst are prevented from deteriorating due to contact with oxygen. When the fuel cell system 100 is stopped, the reformed gas cutoff valve 88 is also closed. In natural cooling, since the temperature drop of the reformer 10 is smaller than that in forced cooling, the time and energy (fuel) required to raise the temperature to the temperature during steady operation when the fuel cell system 100 is started next time is small. As a result, the time required for the fuel cell system 100 to generate power is shortened.

他方、強制冷却が指定されている場合は、燃料電池システム100を停止する旨の指令が制御装置70に入力されると、改質熱の発生を停止し(ST1)、改質部21への改質ガスrの供給を停止し(ST2)、改質部21を準改質ガスj等で封入する(ST3)ことは自然冷却の場合と同様であるが、以下の点で自然冷却の場合と異なっている。すなわち、強制冷却の場合は、改質部21を準改質ガスj等で封入(ST3)した後に燃焼室13に燃焼空気aを供給することにより改質部21を強制的に冷却する(ST4)。冷却工程(ST4)では、バーナー12への燃焼燃料fの供給が停止されているので、燃焼室13に供給された燃焼空気aはそのまま冷却流体流路としての排ガス流路16を流れて改質器10外へ排出される。燃焼空気aは典型的には外気であるので、停止直後の改質部21の温度(約600℃前後)に比べて著しく温度が低い。したがって、燃焼空気aを排ガス流路16に流すことにより、改質器21の温度が低下するまでの時間(改質器10の停止からメンテナンスが可能となるまでの時間)を自然冷却の場合に比べて短縮することができる。   On the other hand, when forced cooling is specified, when a command to stop the fuel cell system 100 is input to the control device 70, generation of reforming heat is stopped (ST1), and the reforming unit 21 is instructed. The supply of the reformed gas r is stopped (ST2), and the reforming unit 21 is sealed with the semi-reformed gas j or the like (ST3) as in the case of natural cooling, but in the case of natural cooling in the following points Is different. That is, in the case of forced cooling, the reforming unit 21 is forcibly cooled by supplying the combustion air a to the combustion chamber 13 after the reforming unit 21 is sealed with the semi-reformed gas j (ST3) (ST4). ). In the cooling step (ST4), since the supply of the combustion fuel f to the burner 12 is stopped, the combustion air a supplied to the combustion chamber 13 flows as it is through the exhaust gas passage 16 as a cooling fluid passage and reformed. It is discharged out of the vessel 10. Since the combustion air a is typically outside air, the temperature is significantly lower than the temperature of the reforming section 21 immediately after the stop (about 600 ° C.). Accordingly, when the combustion air a is caused to flow through the exhaust gas passage 16, the time until the temperature of the reformer 21 decreases (the time from when the reformer 10 is stopped to when maintenance is possible) is set for natural cooling. It can be shortened in comparison.

なお、改質器10が強制冷却されるのは、操作パネル45を介してあらかじめ強制冷却が選択されていた場合以外に、改質器10の運転中であっても直ちに強制冷却に移行させるボタン(不図示)をユーザーが押したことにより操作パネル45を介して強制冷却が選択された場合、異常検出手段49が改質器10又は燃料電池60の異常を検出した場合、加熱装置作動検出器(不図示)が加熱装置(不図示)の作動を検出した場合も起こりうる。つまり、操作パネル45を介してあらかじめ自然冷却が選択されていたとしても、ユーザーによって直ちに強制冷却に移行させるボタン(不図示)が押された場合、異常検出手段49が改質器10又は燃料電池60の異常を検出した場合、加熱装置作動検出器(不図示)が加熱装置(不図示)の作動を検出した場合は異常が発生した旨の信号が制御装置40に送信されて強制冷却(ST4)が行なわれる。   Note that the forced cooling of the reformer 10 is a button that immediately shifts to forced cooling even when the reformer 10 is in operation, except when forced cooling is selected in advance via the operation panel 45. When forced cooling is selected via the operation panel 45 when the user presses (not shown), when the abnormality detecting means 49 detects abnormality of the reformer 10 or the fuel cell 60, the heating device operation detector It may also occur when (not shown) detects the operation of a heating device (not shown). That is, even if natural cooling has been selected in advance via the operation panel 45, if the user immediately presses a button (not shown) for shifting to forced cooling, the abnormality detection means 49 is used for the reformer 10 or the fuel cell. When the abnormality of 60 is detected, when a heating device operation detector (not shown) detects the operation of the heating device (not shown), a signal indicating that an abnormality has occurred is transmitted to the control device 40 and forced cooling (ST4). ) Is performed.

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

以降の図3についての説明は自然冷却の場合及び強制冷却の場合共通である。自然冷却の場合は改質部21を準改質ガスj等で封入(ST3)した後に、強制冷却の場合は改質部21の強制冷却(ST4)が開始した後に、制御装置40は温度センサ42により改質部21の温度を随時検出し、圧力センサ41により改質部21の圧力を随時検出する(ST5)。温度センサ42及び圧力センサ41による改質部21の温度及び圧力の検出(ST5)は、改質器10の停止直後から、あるいは改質器10の定常運転時から随時検出するようにしてもよい。   The subsequent description of FIG. 3 is common to the case of natural cooling and the case of forced cooling. In the case of natural cooling, after the reforming section 21 is sealed with the semi-reformed gas j or the like (ST3), in the case of forced cooling, the control apparatus 40 detects the temperature sensor after the forced cooling (ST4) of the reforming section 21 is started. 42 detects the temperature of the reforming unit 21 as needed, and the pressure sensor 41 detects the pressure of the reforming unit 21 as needed (ST5). Detection of the temperature and pressure of the reforming unit 21 by the temperature sensor 42 and the pressure sensor 41 (ST5) may be detected at any time immediately after the reformer 10 is stopped or during steady operation of the reformer 10. .

改質部21の温度及び圧力を検出したら(ST5)、制御装置40は改質部21の温度が所定の温度以下であるか否かを判断する(ST6)。所定の温度は、原料ガスrが熱分解をする温度をやや下回る温度(原料ガスrが熱分解する温度に余裕分を見込んだ温度)であり、例えば400℃である。所定の温度以下となっていなければ、改質部21の温度及び圧力の随時の検出(ST5)、並びに改質部21の温度が所定の温度以下であるか否かの判断(ST6)を続ける。他方、所定の温度以下の場合、制御装置40は、原料ガスブロワ31を起動すると共に原料ガス遮断弁36、改質ガス遮断弁38、パージ弁99を開にして改質器10内に封入されている準改質ガスj等を原料ガスrで置換し、置換したら原料ガス遮断弁36、改質ガス遮断弁38、パージ弁99を閉にすることで改質器10内に原料ガスrを封入する(ST7)。   When the temperature and pressure of the reforming unit 21 are detected (ST5), the control device 40 determines whether or not the temperature of the reforming unit 21 is equal to or lower than a predetermined temperature (ST6). The predetermined temperature is a temperature slightly lower than the temperature at which the raw material gas r undergoes thermal decomposition (a temperature that allows for a margin in the temperature at which the raw material gas r undergoes thermal decomposition), and is, for example, 400 ° C. If the temperature is not lower than the predetermined temperature, detection of the temperature and pressure of the reforming unit 21 at any time (ST5) and determination of whether the temperature of the reforming unit 21 is lower than the predetermined temperature (ST6) are continued. . On the other hand, when the temperature is equal to or lower than the predetermined temperature, the control device 40 activates the raw material gas blower 31 and opens the raw material gas cutoff valve 36, the reformed gas cutoff valve 38, and the purge valve 99 and is enclosed in the reformer 10. The quasi-reformed gas j or the like is replaced with the raw material gas r, and when the raw material gas is replaced, the raw material gas r is sealed in the reformer 10 by closing the raw material gas cutoff valve 36, the reformed gas cutoff valve 38, and the purge valve 99 (ST7).

改質器10内に準改質ガスj等が封入されている状態のときは、温度低下に伴って改質器10内に残存する水蒸気が結露することがある。結露した水蒸気が改質器10内の触媒に付着すると、次回改質器10を起動して昇温したときに触媒に付着した結露水が蒸発し、この蒸発によって触媒が粉化する可能性がある。しかし、改質器10内に封入されている準改質ガスj等を原料ガスrで置換することにより、改質器10内で水蒸気が結露することを回避することができる。改質器10内に封入されている準改質ガスj等を原料ガスrで完全に置換し、改質器10内に原料ガスrを封入したら、ユーティリティの供給の遮断が可能になるが、本実施の形態では、さらなる温度低下に伴う圧力低下に起因して改質器10内に外気が侵入することを回避するため、以下の制御を続行する。   When the semi-reformed gas j or the like is sealed in the reformer 10, water vapor remaining in the reformer 10 may be condensed as the temperature decreases. If the condensed water vapor adheres to the catalyst in the reformer 10, the condensed water adhering to the catalyst evaporates when the reformer 10 is started up and heated up next time, and the catalyst may be pulverized by this evaporation. is there. However, by replacing the semi-reformed gas j or the like enclosed in the reformer 10 with the raw material gas r, it is possible to avoid dew condensation in the reformer 10. If the semi-reformed gas j or the like sealed in the reformer 10 is completely replaced with the raw material gas r and the raw material gas r is sealed in the reformer 10, it becomes possible to shut off the utility supply. In the present embodiment, the following control is continued in order to prevent the outside air from entering the reformer 10 due to a pressure drop accompanying a further temperature drop.

その後制御装置40は、改質器10の内部圧力が所定の圧力以下であるか否かを判断する(ST8)。ここで、所定の圧力は、改質部21及び一酸化炭素低減部22への外気の侵入が生じない圧力に余裕分を見込んだ圧力であり、例えば15kPa(ゲージ圧)あるいは20kPa(ゲージ圧)である。水遮断弁35、原料ガス遮断弁36、選択酸化空気遮断弁37、改質ガス遮断弁38のシール性が優れていること等により許容される場合には、所定の圧力は負圧(例えば−20kPa(ゲージ圧)程度まで)であってもよい。所定の圧力以下でなければ、改質器10の内部圧力が所定の圧力以下であるか否かを判断する工程(ST8)に戻る。他方、所定の圧力以下の場合、制御装置40は、原料ガスブロワ31を起動すると共に原料ガス遮断弁36を開にして、改質部21に原料ガスrを圧送する(ST9)。そして、制御装置40は、圧力センサ41からの信号により改質部21の内部圧力が昇圧したか否かを判断する(ST10)。昇圧していなければ改質部21への原料ガスrの圧送(ST9)を続ける。他方、昇圧していれば、改質器10の内部圧力が所定の圧力以下であるか否かを判断する工程(ST8)に戻って以降の工程を続ける。上述の、改質器10の内部圧力を所定の圧力以上に維持する工程(ST8〜10)においては、改質器10内に原料ガスrが封入されている(される)ので、適切な時期(例えば改質器10の温度が低下しても外気の侵入が生じるほどに内部圧力が低下することがないと判断される時期)にユーティリティの供給の遮断をしてもよい。   Thereafter, control device 40 determines whether or not the internal pressure of reformer 10 is equal to or lower than a predetermined pressure (ST8). Here, the predetermined pressure is a pressure that allows for a margin in the pressure at which the outside air does not enter the reforming unit 21 and the carbon monoxide reduction unit 22, and is, for example, 15 kPa (gauge pressure) or 20 kPa (gauge pressure). It is. When the water shut-off valve 35, the raw material gas shut-off valve 36, the selective oxidation air shut-off valve 37, and the reformed gas shut-off valve 38 are allowed to have excellent sealing properties, the predetermined pressure is negative (for example, − Up to about 20 kPa (gauge pressure). If not below the predetermined pressure, the process returns to the step of determining whether the internal pressure of the reformer 10 is below the predetermined pressure (ST8). On the other hand, when the pressure is equal to or lower than the predetermined pressure, the control device 40 activates the raw material gas blower 31 and opens the raw material gas cutoff valve 36 to feed the raw material gas r to the reforming unit 21 (ST9). And the control apparatus 40 judges whether the internal pressure of the modification | reformation part 21 was pressure | voltage-rised with the signal from the pressure sensor 41 (ST10). If the pressure is not increased, the feed of the source gas r to the reforming unit 21 is continued (ST9). On the other hand, if the pressure is increased, the process returns to the step of determining whether or not the internal pressure of the reformer 10 is equal to or lower than the predetermined pressure (ST8) and the subsequent steps are continued. In the above-described step of maintaining the internal pressure of the reformer 10 at a predetermined pressure or higher (ST8 to ST10), the raw material gas r is enclosed in the reformer 10, so that the appropriate time is set. For example, the utility supply may be shut off at a time (for example, when it is determined that the internal pressure does not decrease enough to cause the entry of outside air even if the temperature of the reformer 10 decreases).

なお、以上の説明では、改質器10内に封入されている準改質ガスj等を原料ガスrで置換する(ST7)際に、改質ガス遮断弁38及びパージ弁99を開にしてそれまで改質器10内に封入されていた準改質ガスj等を系外に排出することとしたが、準改質ガスj等をそのまま系外に排出しないようにすることもできる。この場合、パージ管98及びパージ弁99を設けなくてもよい。準改質ガスj等をそのまま系外に排出しないようにするには、例えば、改質器10内に封入されていた準改質ガスj等を燃焼部11に導いて燃焼させればよい。ただし、準改質ガスj等を燃焼部11で燃焼させると改質部21の温度が上昇し、改質部21の温度が400℃を超えると、置換した原料ガスrの炭化水素成分が熱分解するおそれがあるため、封入していた準改質ガスj等を燃焼部11で燃焼させても改質部21の温度が400℃を超えないような改質部21の温度(例えば170℃程度)を工程(ST6)における所定の温度に設定するとよい。   In the above description, when the semi-reformed gas j or the like sealed in the reformer 10 is replaced with the raw material gas r (ST7), the reformed gas cutoff valve 38 and the purge valve 99 are opened. The semi-reformed gas j and the like that have been enclosed in the reformer 10 until then are discharged out of the system, but the semi-reformed gas j and the like can be prevented from being discharged out of the system as they are. In this case, the purge pipe 98 and the purge valve 99 need not be provided. In order to prevent the semi-reformed gas j or the like from being discharged out of the system as it is, for example, the semi-reformed gas j or the like enclosed in the reformer 10 may be guided to the combustion unit 11 and burned. However, when the semi-reformed gas j or the like is burned in the combustion section 11, the temperature of the reforming section 21 rises, and when the temperature of the reforming section 21 exceeds 400 ° C., the hydrocarbon component of the substituted raw material gas r is heated. Since there is a possibility of decomposing, the temperature of the reforming section 21 (for example, 170 ° C.) such that the temperature of the reforming section 21 does not exceed 400 ° C. even if the enclosed semi-reformed gas j or the like is burned in the combustion section 11. Degree) may be set to a predetermined temperature in the step (ST6).

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

以上の説明では、改質用原料が原料ガスrであるとしたが、液体の原料を改質用原料として用いてもよい。この場合、改質効率の観点から、気化器を備えて液体の改質用原料を改質部21に導入する前に気化することが好ましい。   In the above description, the reforming material is the source gas r, but a liquid material may be used as the reforming material. In this case, from the viewpoint of reforming efficiency, it is preferable to provide a vaporizer before vaporizing the liquid reforming raw material into the reforming unit 21.

以上の説明では、加熱部がバーナー12を有する燃焼部11であるとしたが、バーナー12に代えて電気ヒータを設け、電気ヒータにより改質熱を発生させるようにしてもよい。しかしながら、バーナー12とすると、排ガス流路16を冷却流体流路と兼用することができて改質器10の小型化を図ることができると共に、改質熱を発生させるのに必要なエネルギー単価も少なくて済むので好ましい。   In the above description, the heating unit is the combustion unit 11 having the burner 12. However, an electric heater may be provided instead of the burner 12, and reforming heat may be generated by the electric heater. However, if the burner 12 is used, the exhaust gas flow channel 16 can also be used as a cooling fluid flow channel, so that the reformer 10 can be miniaturized and the unit cost of energy required for generating reforming heat is also reduced. This is preferable because it requires less.

以上の説明では、改質器10を停止するときの強制冷却の際の冷却流体として燃焼空気aを用いるとしたが、他の用途の空気や空気以外のガスを用いてもよく、あるいは冷却流体として水等の液体を用いてもよい。以下に図4を参照して冷却流体として水を用いた改質器を説明する。   In the above description, the combustion air a is used as the cooling fluid at the time of forced cooling when the reformer 10 is stopped. However, air or gas other than air for other uses may be used, or the cooling fluid. A liquid such as water may be used. Hereinafter, a reformer using water as a cooling fluid will be described with reference to FIG.

図4は、本発明の第3の実施の形態に係る改質器10Aの模式的系統図である。改質器10Aと改質器10(図1参照)との主な相違点として、改質器10Aには、改質器10(図1参照)における水管25(図1参照)に相当する部材の構成と、排ガス流路16(図1参照)に代えて選択酸化部24の近傍を通過しない排ガス流路16Aが設けられている点が挙げられる。改質器10Aでは、水管25(図1参照)に代えて水管83が設けられている。水管83は、内部に冷却流体としての水wを流す流路である。水管83は、改質部21に隣接する部分を通り、次に変成部23に隣接する部分を通り、次に選択酸化部25に隣接する部分を通るように配設されている。ここで「隣接する」とは、当該隣接する部位(改質部21等)と水管83内の水wとの間で熱の授受がある程度の近さで両者が配置されていることをいう。水管83は、当該隣接する部位と水wとの交換熱量を増やすために、当該部位と隣接する部分で蛇行するように配設してもよい。交換熱量の増加という趣旨に鑑み、水管83を例えば渦巻状に配設することも蛇行の概念に含まれることとする。また、当該部位と隣接する部分における伝熱面積を増加するために、当該部位と隣接する部分の水管83をジャケット(熱交換器)などのように流路面積を大きく構成したものも「流路」の概念に含まれることとする。   FIG. 4 is a schematic system diagram of a reformer 10A according to the third embodiment of the present invention. As a main difference between the reformer 10A and the reformer 10 (see FIG. 1), the reformer 10A includes a member corresponding to the water pipe 25 (see FIG. 1) in the reformer 10 (see FIG. 1). And a point that an exhaust gas passage 16A that does not pass through the vicinity of the selective oxidation unit 24 is provided instead of the exhaust gas passage 16 (see FIG. 1). In the reformer 10A, a water pipe 83 is provided instead of the water pipe 25 (see FIG. 1). The water pipe 83 is a flow path through which water w as a cooling fluid flows. The water pipe 83 is disposed so as to pass through a portion adjacent to the reforming unit 21, then pass through a portion adjacent to the transformation unit 23, and then pass through a portion adjacent to the selective oxidation unit 25. Here, “adjacent” means that the heat exchange between the adjacent parts (the reforming unit 21 and the like) and the water w in the water pipe 83 is arranged in a certain degree of proximity. The water pipe 83 may be disposed so as to meander at a part adjacent to the part in order to increase the amount of heat exchanged between the part and the water w. In view of the purpose of increasing the amount of heat exchanged, it is assumed that the meandering concept also includes arranging the water pipe 83 in a spiral shape, for example. In addition, in order to increase the heat transfer area in the portion adjacent to the portion, the water pipe 83 in the portion adjacent to the portion is configured to have a large flow area such as a jacket (heat exchanger). It is included in the concept of "

水管83の、改質部21に隣接して配設された部分から変成部23への方向とは逆の方向に延びた先の端部は、改質用の水sを改質部21に導く改質用水管85に接続されている。換言すれば、水管83と改質用水管85とは、接続点J1で接続されている。改質用水管85の接続点J1とは反対側の端部は、改質部21に接続されている。改質用水管85には、改質用水sの流れを遮断可能な開閉弁85vが挿入配置されている。開閉弁85vは、制御装置40と信号ケーブルで接続されており、制御装置40からの信号を受信して弁の開閉をすることができるように構成されている。   The tip end of the water pipe 83 extending in a direction opposite to the direction from the portion disposed adjacent to the reforming unit 21 to the transformation unit 23 supplies the reforming water s to the reforming unit 21. It is connected to the leading reforming water pipe 85. In other words, the water pipe 83 and the reforming water pipe 85 are connected at the connection point J1. The end of the reforming water pipe 85 opposite to the connection point J1 is connected to the reforming unit 21. An open / close valve 85v that can block the flow of the reforming water s is inserted into the reforming water pipe 85. The on-off valve 85v is connected to the control device 40 through a signal cable, and is configured to receive a signal from the control device 40 and to open and close the valve.

また、接続点J1には、内部に水wを流す強制冷却水管82が接続されている。強制冷却水管82は、接続点J1とは反対側の端部で、水管83の選択酸化部25に隣接して配設された部分から変成部23への方向とは逆の方向に延びた先の端部と接続されている。換言すれば、強制冷却水管82と水管83とは、接続点J2で接続されている。強制冷却水管82には、水wの流れを遮断可能な開閉弁82vが挿入配置されている。接続点J2と選択酸化部25に隣接する部分との間の水管83には、水wの流れを遮断可能な開閉弁83vが挿入配置されている。開閉弁82v及び開閉弁83vは、それぞれ制御装置40と信号ケーブルで接続されており、それぞれ制御装置40からの信号を受信して弁の開閉をすることができるように構成されている。   Moreover, the forced cooling water pipe | tube 82 which flows the water w inside is connected to the connection point J1. The forced cooling water pipe 82 is an end opposite to the connection point J1 and extends in a direction opposite to the direction from the portion disposed adjacent to the selective oxidation part 25 of the water pipe 83 to the transformation part 23. Is connected to the end of the. In other words, the forced cooling water pipe 82 and the water pipe 83 are connected at the connection point J2. The forced cooling water pipe 82 is provided with an open / close valve 82v that can block the flow of water w. An open / close valve 83v capable of blocking the flow of the water w is inserted and disposed in the water pipe 83 between the connection point J2 and the portion adjacent to the selective oxidation unit 25. The on-off valve 82v and the on-off valve 83v are connected to the control device 40 through signal cables, respectively, and are configured to be able to open and close the valves by receiving signals from the control device 40, respectively.

また、接続点J2には、系外から強制冷却水管82及び水管83に水wを導く水供給管55が接続されている。水ポンプ34は制御装置40から信号を受信して強制冷却水管82又は水管83への水wの導入量を調節することができるように構成されている。選択酸化部25に隣接する部分と接続点J2との間の水管83には、水wを改質器10外へ導出する冷却水導出管84が接続されている。冷却水導出管84には、水wの流れを遮断可能な開閉弁84vが挿入配置されている。開閉弁84vは、制御装置40と信号ケーブルで接続されており、制御装置40からの信号を受信して弁の開閉をすることができるように構成されている。   Further, a water supply pipe 55 that leads water w from outside the system to the forced cooling water pipe 82 and the water pipe 83 is connected to the connection point J2. The water pump 34 is configured to receive a signal from the control device 40 and adjust the amount of water w introduced into the forced cooling water pipe 82 or the water pipe 83. A cooling water outlet pipe 84 for leading water w out of the reformer 10 is connected to the water pipe 83 between the portion adjacent to the selective oxidation unit 25 and the connection point J2. An on-off valve 84v capable of blocking the flow of water w is inserted and disposed in the cooling water outlet pipe 84. The on-off valve 84v is connected to the control device 40 through a signal cable, and is configured to receive a signal from the control device 40 and to open and close the valve.

制御装置40は、上述の改質器10(図1参照)に設けられた場合の構成のほか、各開閉弁82v、83v、84v、85vのそれぞれに、弁の開度(全開及び全閉を含む)を調節する開度信号を送信する。また、制御装置40は、水ポンプ34に対し、流体(水w)の流量を調節する流量調節信号を送信する。   In addition to the configuration provided in the above-described reformer 10 (see FIG. 1), the control device 40 has a valve opening degree (full open and full close) for each of the on-off valves 82v, 83v, 84v, and 85v. A signal for adjusting the opening degree is included. Further, the control device 40 transmits a flow rate adjustment signal for adjusting the flow rate of the fluid (water w) to the water pump 34.

改質器10Aは以下のように作用する。なお、本実施の形態では、冷却流体及び改質用の水を共に水としている。したがって、両者は物質としては同じものであるが、その機能に着目して、水が冷却流体として作用しているときは水wと、改質用原料rの改質に用いる水として作用しているときは水sと呼称している。定常運転(改質ガスgの生成を行う運転)の際は、制御装置40は開閉弁82v、84vを閉にし、開閉弁83v、85vを開にして、水sを改質部21に供給する。このとき水sは、選択酸化部24に隣接する部分、変成部23に隣接する部分、改質部21に隣接する部分を順に流れて改質部21に導入される。次に改質器10Aを停止する際、自然冷却が行なわれる場合は制御装置40は開閉弁82v、83v、84v、85vを閉にし、さらに水ポンプ34も停止する。   The reformer 10A operates as follows. In the present embodiment, both the cooling fluid and the reforming water are water. Therefore, both are the same substances, but paying attention to their functions, when water acts as a cooling fluid, it acts as water w and water used for reforming the reforming raw material r. When it is, it is called water s. During the steady operation (operation for generating the reformed gas g), the control device 40 closes the on-off valves 82v and 84v, opens the on-off valves 83v and 85v, and supplies water s to the reforming unit 21. . At this time, the water s flows through the portion adjacent to the selective oxidation unit 24, the portion adjacent to the shift unit 23, and the portion adjacent to the reforming unit 21 in order, and is introduced into the reforming unit 21. Next, when natural cooling is performed when the reformer 10A is stopped, the control device 40 closes the on-off valves 82v, 83v, 84v, 85v, and further stops the water pump 34.

他方、強制冷却が行なわれる場合、制御装置40は、開閉弁83v、85vを閉にすると共に、開閉弁82v、84vを開にして、水wを水管83に供給する。このとき水wは、改質部21に隣接する部分、変成部23に隣接する部分、選択酸化部24に隣接する部分を順に流れ、冷却水導出管84を介して改質器10A外に排出される。このように、冷却流体を水wとしても強制冷却を行うことができる。   On the other hand, when forced cooling is performed, the control device 40 closes the on-off valves 83v and 85v and opens the on-off valves 82v and 84v to supply water w to the water pipe 83. At this time, the water w sequentially flows through the part adjacent to the reforming unit 21, the part adjacent to the shift unit 23, and the part adjacent to the selective oxidation unit 24, and is discharged out of the reformer 10 </ b> A through the cooling water outlet pipe 84. Is done. Thus, forced cooling can be performed even if the cooling fluid is water w.

以下図5を参照して実施例を説明する。図5(a)は自然冷却による改質器10の停止時における改質部21の温度T1、改質部21内部の圧力P1、供給した燃焼空気aの流量Q1の推移を示すグラフであり、図5(b)は強制冷却による改質器10の停止時における改質部21の温度T2、改質部21内部の圧力P2、供給した燃焼空気aの流量Q2の推移を示すグラフである。図5中、改質部21の温度T1、T2は実線で、改質部21内部の圧力P1、P2は一点鎖線で、燃焼空気aの流量Q1、Q2は二点鎖線で示している。   Hereinafter, an embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5A is a graph showing changes in the temperature T1 of the reforming unit 21, the pressure P1 inside the reforming unit 21, and the flow rate Q1 of the supplied combustion air a when the reformer 10 is stopped by natural cooling. FIG. 5B is a graph showing changes in the temperature T2 of the reforming unit 21, the pressure P2 in the reforming unit 21, and the flow rate Q2 of the supplied combustion air a when the reformer 10 is stopped by forced cooling. In FIG. 5, the temperatures T1 and T2 of the reforming unit 21 are shown by solid lines, the pressures P1 and P2 inside the reforming unit 21 are shown by one-dot chain lines, and the flow rates Q1 and Q2 of the combustion air a are shown by two-dot chain lines.

自然冷却(図5(a)参照)の際は、改質器10の停止と共に燃焼空気aの供給を停止した。すると、時間経過と共に改質部21の温度T1及び改質部21内部の圧力P1が徐々に低下した。改質器10の停止から5時間弱経過したところで改質部21内部の圧力P1が20kPa(本実施例における所定の圧力)以下となったので、改質部21の温度T1が400℃以下になっていることを確認し、原料ガスrを改質部21に供給して改質部21内部の圧力P1を上昇させた。なお、改質部21内部の圧力P1が上昇することとリンクして燃焼空気aの流量Q1が増加しているのは、本実施例では、安全を考慮して、原料ガス遮断弁36を閉止したときに燃焼空気aを燃焼部11に供給して燃焼系統をパージする制御としているためである。改質部21への原料ガスrの供給に伴っていずれ改質器10から押し出されることとなるそれまで封入されていた改質ガスgは、燃焼部11に導いて燃焼させることにしてある。最終的に改質器10の停止から約9時間経過したところで改質部21の温度T1が約170℃となり、この温度になると改質器10に封入されている改質ガスgを燃焼部11に導いて燃焼させても改質部21の温度T1が400℃超(原料ガスr中の炭化水素が熱分解を起こすおそれがある温度)となるおそれがなくなるので、改質器10に封入されていた改質ガスgを改質器10から押し出して原料ガスrで完全に置換する一方、押し出された改質ガスgは燃焼部11に導いて燃焼させた。この燃焼によっても改質部21の温度T1は400℃以上に上昇しなかった。改質器10の停止から約9時間経過したところで改質器10に封入されていた改質ガスgを原料ガスrで置換することが完了し、ユーティリティの供給の遮断が可能となった。   During natural cooling (see FIG. 5A), the supply of the combustion air a was stopped when the reformer 10 was stopped. Then, the temperature T1 of the reforming unit 21 and the pressure P1 inside the reforming unit 21 gradually decreased with time. When less than 5 hours have passed since the reformer 10 was stopped, the pressure P1 inside the reforming section 21 became 20 kPa (predetermined pressure in the present embodiment) or less, so the temperature T1 of the reforming section 21 became 400 ° C. or less. The raw material gas r was supplied to the reforming unit 21 and the pressure P1 inside the reforming unit 21 was increased. Note that the flow rate Q1 of the combustion air a is increased in conjunction with the increase in the pressure P1 inside the reforming unit 21. In this embodiment, the raw material gas shutoff valve 36 is closed in consideration of safety. This is because the combustion air a is supplied to the combustion unit 11 to purge the combustion system. The reformed gas g that has been enclosed until then, which will eventually be pushed out of the reformer 10 with the supply of the raw material gas r to the reforming section 21, is guided to the combustion section 11 and burned. Finally, when about 9 hours have passed since the reformer 10 was stopped, the temperature T1 of the reforming section 21 reached about 170 ° C. When this temperature was reached, the reformed gas g enclosed in the reformer 10 was transferred to the combustion section 11. Since the temperature T1 of the reforming section 21 will not exceed 400 ° C. (the temperature at which the hydrocarbons in the raw material gas r may be thermally decomposed) even if it is introduced to and burned, it is enclosed in the reformer 10. The reformed gas g which had been pushed out from the reformer 10 and completely replaced with the raw material gas r was introduced into the combustion section 11 and burned. Even with this combustion, the temperature T1 of the reforming section 21 did not rise above 400 ° C. After about 9 hours had passed since the reformer 10 was stopped, the replacement of the reformed gas g enclosed in the reformer 10 with the raw material gas r was completed, and the supply of the utility could be shut off.

強制冷却(図5(b)参照)の際は、改質器10の停止直後に冷却流体としての燃焼空気aの供給量Q2を0L/minから65L/minに増加した。すると、改質部21の温度T2は自然冷却の場合に比べて急激に低下し、改質器10の停止から約80分で改質部21の温度T2が約170℃(改質器10に封入されている改質ガスgを燃焼部11に導いて燃焼させても改質部21の温度T2が400℃超(原料ガスr中の炭化水素が熱分解を起こすおそれがある温度)となるおそれがなくなる温度)となり、改質器10に封入されていた改質ガスgを改質器10から押し出して原料ガスrで完全に置換する一方、押し出された改質ガスgを燃焼部11に導いて燃焼させた。改質器10の停止から約80分経過したところで改質器10に封入されていた改質ガスgを原料ガスrで置換することが完了し、ユーティリティの供給の遮断が可能となった。そして、改質部21の温度T2がユーティリティの供給の遮断が可能な温度となったので冷却流体としての燃焼空気aの供給を停止した。その後、改質部21の温度T2は低下速度が小さくなりゆるやかに低下した。なお、本実施例では強制冷却の際に改質部21内部の圧力P2が負圧になっても昇圧していないが、これは各遮断弁35、36、37、38が−20kPa(ゲージ圧)程度でもシール性を有するため、所定の圧力を−20kPa(ゲージ圧)に設定しているためである。このように、強制冷却によれば、改質器10の停止からユーティリティの供給の遮断が可能となるまでに要する時間を大幅に短縮(約9時間から約80分に短縮)できることが確認できた。   In forced cooling (see FIG. 5B), the supply amount Q2 of the combustion air a as the cooling fluid was increased from 0 L / min to 65 L / min immediately after the reformer 10 was stopped. Then, the temperature T2 of the reforming section 21 is drastically decreased as compared with the case of natural cooling, and the temperature T2 of the reforming section 21 is about 170 ° C. (to the reformer 10) after about 80 minutes from the stop of the reformer 10. Even if the enclosed reformed gas g is introduced into the combustion section 11 and burned, the temperature T2 of the reforming section 21 exceeds 400 ° C. (temperature at which hydrocarbons in the raw material gas r may cause thermal decomposition). The reformed gas g enclosed in the reformer 10 is extruded from the reformer 10 and completely replaced with the raw material gas r, while the extruded reformed gas g is transferred to the combustion unit 11. Guided and burned. After approximately 80 minutes from the stop of the reformer 10, the replacement of the reformed gas g enclosed in the reformer 10 with the raw material gas r was completed, and the supply of the utility could be shut off. Then, since the temperature T2 of the reforming unit 21 has reached a temperature at which the utility supply can be shut off, the supply of the combustion air a as the cooling fluid is stopped. Thereafter, the temperature T2 of the reforming section 21 gradually decreased with a decrease rate. In the present embodiment, during forced cooling, the pressure P2 inside the reforming section 21 is not increased even if it becomes negative, but this is because each shut-off valve 35, 36, 37, 38 is -20 kPa (gauge pressure). This is because the predetermined pressure is set to -20 kPa (gauge pressure) because it has a sealing property even at a degree. As described above, according to forced cooling, it was confirmed that the time required from the stop of the reformer 10 until the utility supply can be cut off can be significantly shortened (from about 9 hours to about 80 minutes). .

本発明の第1の実施の形態に係る改質器の縦断面図である。It is a longitudinal section of the reformer concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施の形態に係る燃料電池システムの模式的系統図である。FIG. 4 is a schematic system diagram of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention. 改質器停止時の制御を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the control at the time of a reformer stop. 本発明の第3の実施の形態に係る改質器の模式的系統図である。FIG. 4 is a schematic system diagram of a reformer according to a third embodiment of the present invention. 改質器の停止時における改質部の温度、改質器内部の圧力、燃焼用空気の流量の推移を示すグラフである。(a)は自然冷却時、(b)は強制冷却時のものである。It is a graph which shows transition of the temperature of the reforming part, the pressure inside the reformer, and the flow rate of combustion air when the reformer is stopped. (A) is for natural cooling, and (b) is for forced cooling.

符号の説明Explanation of symbols

10 改質器
11 加熱部
12 バーナー
16 冷却流体流路
21 改質部
31 原料ガスブロワ
32 燃焼空気ブロワ
35 水遮断弁
36 原料ガス遮断弁
37 選択酸化空気遮断弁
38 改質ガス遮断弁
40、70 制御装置
41 圧力センサ
42 温度センサ
45 操作パネル
49 異常検出手段
60 燃料電池
100 燃料電池システム
a 冷却流体兼燃焼用空気
f 燃焼用燃料
g 改質ガス
r 改質用原料
t 酸化剤ガス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Reformer 11 Heating part 12 Burner 16 Cooling fluid flow path 21 Reforming part 31 Raw material gas blower 32 Combustion air blower 35 Water shutoff valve 36 Raw material gas shutoff valve 37 Selective oxidation air shutoff valve 38 Reformed gas shutoff valves 40 and 70 Control Device 41 Pressure sensor 42 Temperature sensor 45 Operation panel 49 Abnormality detection means 60 Fuel cell 100 Fuel cell system a Cooling fluid and combustion air f Combustion fuel g Reformed gas r Reforming raw material t Oxidant gas

Claims (9)

改質用原料を改質して水素を主成分とする改質ガスを生成する改質部と;
前記改質用原料の改質に用いられる改質熱を発生させる加熱部と;
前記改質熱により昇温した前記改質部を冷却する冷却流体を流す冷却流体流路と;
前記改質ガスの生成を停止したときに前記冷却流体流路に前記冷却流体を流す強制冷却を行うか、又は前記改質ガスの生成を停止したときに前記冷却流体を流さない自然冷却を行うか、を制御する制御部とを備える;
改質器。
A reforming section for reforming the reforming raw material to generate a reformed gas mainly composed of hydrogen;
A heating section for generating reforming heat used for reforming the reforming raw material;
A cooling fluid flow path for flowing a cooling fluid that cools the reforming section that has been heated by the reforming heat;
When the generation of the reformed gas is stopped, forced cooling is performed so that the cooling fluid flows through the cooling fluid flow path, or when the generation of the reformed gas is stopped, natural cooling is performed without flowing the cooling fluid. Or a control unit for controlling
Reformer.
前記加熱部が、燃焼用燃料と燃焼用空気とを導入して前記燃焼用燃料を燃焼させるバーナーを有し;
前記冷却流体流路が前記加熱部と連通し、前記強制冷却の際に前記燃焼用空気を前記冷却流体流路に流すように構成された;
請求項1に記載の改質器。
The heating unit has a burner for introducing combustion fuel and combustion air to burn the combustion fuel;
The cooling fluid channel is in communication with the heating section and configured to flow the combustion air through the cooling fluid channel during the forced cooling;
The reformer according to claim 1.
前記制御部に、前記強制冷却及び前記自然冷却のいずれを行わせるのかについての手動入力を受け付ける冷却指定手段を備える;
請求項1又は請求項2に記載の改質器。
Cooling designation means for receiving manual input as to whether the control unit performs the forced cooling or the natural cooling;
The reformer according to claim 1 or 2.
前記改質部に前記改質用原料を供給する改質用原料供給手段と;
前記改質部の温度を検出する改質部温度検出手段と;
前記改質部の内部圧力を検出する改質部圧力検出手段と;
前記改質部に前記改質用原料及び前記改質ガスの少なくとも一方を密閉する密閉手段と;
前記改質ガスの生成を停止したときに、前記改質部の温度が所定の温度以下となるまでは前記改質ガスを前記改質部に封入し、前記改質部の温度が所定の温度以下となったときに前記改質用原料を前記改質部に封入すると共に、前記改質部の内部圧力が所定の圧力以下となったときに前記改質用原料を前記改質部に供給して前記改質部の内部圧力を上昇させるように、前記密閉手段及び前記改質用原料供給手段を制御する制御装置とを備える;
請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の改質器。
A reforming material supply means for supplying the reforming material to the reforming section;
Reforming part temperature detecting means for detecting the temperature of the reforming part;
Reforming section pressure detecting means for detecting the internal pressure of the reforming section;
Sealing means for sealing at least one of the reforming material and the reformed gas in the reforming section;
When the generation of the reformed gas is stopped, the reformed gas is sealed in the reforming unit until the temperature of the reforming unit becomes a predetermined temperature or lower, and the temperature of the reforming unit is a predetermined temperature. The reforming raw material is enclosed in the reforming section when the pressure becomes below, and the reforming raw material is supplied to the reforming section when the internal pressure of the reforming section becomes a predetermined pressure or less. And a controller for controlling the sealing means and the reforming raw material supply means so as to increase the internal pressure of the reforming section;
The reformer according to any one of claims 1 to 3.
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の改質器と;
前記改質ガスと酸化剤ガスとを導入して発電する燃料電池とを備える;
燃料電池システム。
A reformer according to any one of claims 1 to 4;
A fuel cell that generates electricity by introducing the reformed gas and the oxidant gas;
Fuel cell system.
前記燃料電池システムに、前記自然冷却に優先して前記強制冷却を行う事情が発生したことを検出する強制冷却起動検出器と;
前記強制冷却起動検出器が前記自然冷却に優先して前記強制冷却を行う事情が発生したことを検出したときに、前記制御部に前記強制冷却を行わせるように前記制御部を制御する制御装置とを備える;
請求項5に記載の燃料電池システム。
A forced cooling start detector for detecting that the forced cooling is performed in the fuel cell system in preference to the natural cooling;
A control device that controls the control unit to cause the control unit to perform the forced cooling when the forced cooling start-up detector detects the occurrence of the forced cooling prior to the natural cooling. And comprising:
The fuel cell system according to claim 5.
改質用原料を改質して水素を主成分とする改質ガスを生成する改質部と、前記改質用原料の改質に用いられる改質熱を発生させる加熱部と、前記改質熱により昇温した前記改質部を冷却する冷却流体を流す冷却流体流路とを有する改質器を停止する方法であって;
前記改質部への前記改質用原料の供給を停止する改質用原料停止工程と;
前記改質熱の発生を停止する改質熱停止工程と;
前記冷却流体流路に前記冷却流体を流して前記改質部を冷却する冷却工程とを備える;
改質器の停止方法。
A reforming unit that reforms the reforming raw material to generate a reformed gas mainly containing hydrogen, a heating unit that generates reforming heat used for reforming the reforming raw material, and the reforming A method of stopping a reformer having a cooling fluid flow path for flowing a cooling fluid that cools the reforming section heated by heat;
A reforming material stopping step of stopping the supply of the reforming material to the reforming section;
A reforming heat stopping step for stopping the generation of the reforming heat;
A cooling step of flowing the cooling fluid through the cooling fluid flow path to cool the reforming unit;
How to stop the reformer.
前記改質部に前記改質ガスを封入する改質ガス封入工程と;
前記改質部の温度を検出する改質部温度検出工程と;
前記改質部の温度が所定の温度以下となったときに、前記改質部に封入された前記改質ガスを前記改質用原料に置換して、前記改質部に前記改質用原料を封入する改質用原料封入工程とを備える;
請求項7に記載の改質器の停止方法。
A reformed gas sealing step of sealing the reformed gas in the reforming section;
A reforming section temperature detecting step for detecting the temperature of the reforming section;
When the temperature of the reforming unit becomes a predetermined temperature or lower, the reforming gas enclosed in the reforming unit is replaced with the reforming material, and the reforming material is supplied to the reforming unit. A reforming raw material enclosing step for encapsulating
The method for stopping a reformer according to claim 7.
前記改質部の内部圧力を検出する改質部圧力検出工程と;
前記改質部の温度が前記所定の温度以下で前記改質部の内部圧力が所定の圧力以下となったときに、前記改質部に前記改質用原料を供給して前記改質部の内部圧力を昇圧する昇圧工程とを備える;
請求項8に記載の改質器の停止方法。
A reforming section pressure detecting step for detecting an internal pressure of the reforming section;
When the temperature of the reforming section is equal to or lower than the predetermined temperature and the internal pressure of the reforming section is equal to or lower than the predetermined pressure, the reforming material is supplied to the reforming section to A boosting step for boosting the internal pressure;
The method for stopping the reformer according to claim 8.
JP2007251117A 2007-05-21 2007-09-27 Reformer and fuel cell system Active JP5138324B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007251117A JP5138324B2 (en) 2007-05-21 2007-09-27 Reformer and fuel cell system

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007133982 2007-05-21
JP2007133982 2007-05-21
JP2007251117A JP5138324B2 (en) 2007-05-21 2007-09-27 Reformer and fuel cell system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009004346A true JP2009004346A (en) 2009-01-08
JP5138324B2 JP5138324B2 (en) 2013-02-06

Family

ID=40320481

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007251117A Active JP5138324B2 (en) 2007-05-21 2007-09-27 Reformer and fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5138324B2 (en)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010058602A1 (en) * 2008-11-20 2010-05-27 パナソニック株式会社 Hydrogen generation device and fuel cell system using same
JP2010150119A (en) * 2008-11-20 2010-07-08 Panasonic Corp Hydrogen generation apparatus and fuel cell system having the same
WO2010082507A1 (en) * 2009-01-19 2010-07-22 パナソニック株式会社 Hydrogen generator, fuel cell system, and method of stopping hydrogen generator
JP2010168242A (en) * 2009-01-22 2010-08-05 Panasonic Corp Hydrogen generator and fuel cell system equipped with the same
JP2011051847A (en) * 2009-09-03 2011-03-17 Panasonic Corp Hydrogen generation apparatus and method for starting/stopping the same
WO2012029322A1 (en) * 2010-09-02 2012-03-08 パナソニック株式会社 Hydrogen generation device and fuel cell system equipped with same
JPWO2010116685A1 (en) * 2009-03-30 2012-10-18 パナソニック株式会社 Hydrogen generator, fuel cell system, and operation method of hydrogen generator
JP2012256606A (en) * 2008-11-20 2012-12-27 Panasonic Corp Fuel cell system
US8916304B2 (en) 2008-11-20 2014-12-23 Panasonic Corporation Hydrogen generator and fuel cell system including same
JP2015185249A (en) * 2014-03-20 2015-10-22 大阪瓦斯株式会社 Method of operating fuel battery system
JP2018163853A (en) * 2017-03-27 2018-10-18 京セラ株式会社 Power generator, control apparatus, and control method
EP3588646A1 (en) * 2018-06-29 2020-01-01 Kyungdong Navien Co., Ltd. Fuel cell system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11228103A (en) * 1998-02-13 1999-08-24 Mitsubishi Electric Corp Device and method foreforming dimethyl ether fuel
JP2000277137A (en) * 1999-03-24 2000-10-06 Matsushita Electric Works Ltd Method for purging residual gas from fuel cell power generating system
JP2003288930A (en) * 2002-03-28 2003-10-10 Ebara Ballard Corp Fuel treatment device
JP2003297405A (en) * 2002-04-08 2003-10-17 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2006156252A (en) * 2004-11-30 2006-06-15 Sanyo Electric Co Ltd Fuel cell system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11228103A (en) * 1998-02-13 1999-08-24 Mitsubishi Electric Corp Device and method foreforming dimethyl ether fuel
JP2000277137A (en) * 1999-03-24 2000-10-06 Matsushita Electric Works Ltd Method for purging residual gas from fuel cell power generating system
JP2003288930A (en) * 2002-03-28 2003-10-10 Ebara Ballard Corp Fuel treatment device
JP2003297405A (en) * 2002-04-08 2003-10-17 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2006156252A (en) * 2004-11-30 2006-06-15 Sanyo Electric Co Ltd Fuel cell system

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012256606A (en) * 2008-11-20 2012-12-27 Panasonic Corp Fuel cell system
JPWO2010058602A1 (en) * 2008-11-20 2012-04-19 パナソニック株式会社 Hydrogen generator and fuel cell system including the same
US8747498B2 (en) 2008-11-20 2014-06-10 Panasonic Corporation Hydrogen generator and fuel cell system comprising the same
WO2010058602A1 (en) * 2008-11-20 2010-05-27 パナソニック株式会社 Hydrogen generation device and fuel cell system using same
US9083014B2 (en) 2008-11-20 2015-07-14 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Fuel cell system for performing normal and abnormal shut-down processes
JP5681948B2 (en) * 2008-11-20 2015-03-11 パナソニックIpマネジメント株式会社 Hydrogen generator and fuel cell system including the same
JP2010150119A (en) * 2008-11-20 2010-07-08 Panasonic Corp Hydrogen generation apparatus and fuel cell system having the same
US8916304B2 (en) 2008-11-20 2014-12-23 Panasonic Corporation Hydrogen generator and fuel cell system including same
JP5312476B2 (en) * 2008-11-20 2013-10-09 パナソニック株式会社 Fuel cell system
JP5604309B2 (en) * 2009-01-19 2014-10-08 パナソニック株式会社 Hydrogen generator, fuel cell system, and method for stopping hydrogen generator
JPWO2010082507A1 (en) * 2009-01-19 2012-07-05 パナソニック株式会社 Hydrogen generator, fuel cell system, and method for stopping hydrogen generator
US8702823B2 (en) 2009-01-19 2014-04-22 Panasonic Corporation Hydrogen generation apparatus, fuel cell system and method of shutting down hydrogen generation apparatus
WO2010082507A1 (en) * 2009-01-19 2010-07-22 パナソニック株式会社 Hydrogen generator, fuel cell system, and method of stopping hydrogen generator
JP2010168242A (en) * 2009-01-22 2010-08-05 Panasonic Corp Hydrogen generator and fuel cell system equipped with the same
US8906564B2 (en) 2009-03-30 2014-12-09 Panasonic Corporation Hydrogen generator, fuel cell system, and method for operating hydrogen generator
JP5490102B2 (en) * 2009-03-30 2014-05-14 パナソニック株式会社 Hydrogen generator, fuel cell system, and operation method of hydrogen generator
JPWO2010116685A1 (en) * 2009-03-30 2012-10-18 パナソニック株式会社 Hydrogen generator, fuel cell system, and operation method of hydrogen generator
JP2011051847A (en) * 2009-09-03 2011-03-17 Panasonic Corp Hydrogen generation apparatus and method for starting/stopping the same
WO2012029322A1 (en) * 2010-09-02 2012-03-08 パナソニック株式会社 Hydrogen generation device and fuel cell system equipped with same
JP2015185249A (en) * 2014-03-20 2015-10-22 大阪瓦斯株式会社 Method of operating fuel battery system
JP2018163853A (en) * 2017-03-27 2018-10-18 京セラ株式会社 Power generator, control apparatus, and control method
EP3588646A1 (en) * 2018-06-29 2020-01-01 Kyungdong Navien Co., Ltd. Fuel cell system

Also Published As

Publication number Publication date
JP5138324B2 (en) 2013-02-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5138324B2 (en) Reformer and fuel cell system
JP5164441B2 (en) Starting method of fuel cell system
JP4724029B2 (en) Method for shutting down reformer
EP2124282B1 (en) Reformer system, fuel cell system, and their operation method
US8927162B2 (en) Solid oxide fuel cell system performing different restart operations depending on operation temperature
JP2008192425A (en) Fuel cell system and its operation method
JP2009137778A (en) Method for starting fuel cell system
JP2009176660A (en) Shutdown method of indirect internal reforming solid oxide fuel cell
JP5078696B2 (en) Load following operation method of fuel cell system
JP2008266118A (en) Reformer system
JP5852011B2 (en) Fuel cell system
JP4928198B2 (en) Method for stopping reformer, reformer and fuel cell system
JP4939114B2 (en) Fuel processing apparatus and fuel cell system
JP2009238599A (en) Method of load following operation of fuel cell system
US10096851B2 (en) Solid oxide fuel cell system and method of stopping the same
JP2008176943A (en) Fuel cell system
WO2012091121A1 (en) Fuel cell system
JP2008217999A (en) Operation method of high temperature type fuel cell system
JP5002220B2 (en) Fuel cell system
JP5064785B2 (en) Fuel cell system
JP5166829B2 (en) Reformer and fuel cell system
JP5291915B2 (en) Indirect internal reforming type solid oxide fuel cell and operation method thereof
JP2017016816A (en) Fuel cell system, stop method for fuel cell system, and power production method
JP5307592B2 (en) Operation method of indirect internal reforming type solid oxide fuel cell system
JP5086743B2 (en) Fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20090917

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100618

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120821

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20121005

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20121106

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20121114

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5138324

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151122

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250