JP2009035480A - Shutdown method of hydrogen producing system operation - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To shutdown hydrogen producing system operation without an inert gas. <P>SOLUTION: Operation is shutdown by purging residual gas in the system by the following procedure in a system producing hydrogen gas by reforming gasoline and the like. A raw material and air are firstly stopped to feed to a reform unit while continuing to feed steam. Accordingly, the gas in the system is purged by the steam. Steam purge is stopped to change to air purge when an environmental condition is set so as not to abnormally combust by the steam purge even if oxygen is fed. The steam is eliminated from the system so that adverse effects by dew condensation are avoided thereby. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、所定の原料を改質して水素ガスを生成する水素ガス生成システムおよび該水素ガス生成システムを用いた燃料電池システムの運転停止方法に関する。   The present invention relates to a hydrogen gas generation system that generates hydrogen gas by reforming a predetermined raw material, and a method for stopping operation of a fuel cell system using the hydrogen gas generation system.

燃料電池は、水素ガスと空気中の酸素の電気化学反応によって発電する。水素ガスは、例えば、所定の原料の改質によって生成される。この場合の原料としては、一般には、天然ガス、ガソリンその他の炭化水素、アルコール、エーテル、アルデヒドなどが用いられる。これらの原料は、改質によって水素と一酸化炭素を含有する改質ガスを生成する。一酸化炭素は燃料電池の電極を被毒する有害物質であるため、改質ガスは、通常、一酸化炭素のみを選択的に酸化する処理を施された後に燃料電池に供給される。   A fuel cell generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen gas and oxygen in the air. The hydrogen gas is generated by, for example, reforming a predetermined raw material. In general, natural gas, gasoline and other hydrocarbons, alcohols, ethers, aldehydes and the like are used as raw materials in this case. These raw materials generate reformed gas containing hydrogen and carbon monoxide by reforming. Since carbon monoxide is a harmful substance that poisons the electrode of the fuel cell, the reformed gas is usually supplied to the fuel cell after being subjected to a treatment that selectively oxidizes only carbon monoxide.

改質によって水素ガスを生成するユニットと、燃料電池とを備える燃料電池システムの運転を停止する場合、システムから、可燃性ガスおよび毒性を有するガスを排出する必要がある。これらのガスが、システムから漏洩した場合の弊害を予防する必要があるからである。また、燃料電池の電極の被毒など、システム内で生じる弊害を回避する必要もあるからである。かかる目的から、従来、燃料電池システムの運転停止時には、不活性ガスを供給することによって、システム内の残留可燃物がパージされていた。   When the operation of a fuel cell system including a unit that generates hydrogen gas by reforming and a fuel cell is stopped, it is necessary to discharge a combustible gas and a toxic gas from the system. This is because it is necessary to prevent harmful effects when these gases leak from the system. In addition, it is necessary to avoid adverse effects that occur in the system, such as poisoning of fuel cell electrodes. For this purpose, conventionally, when the operation of the fuel cell system is stopped, residual combustibles in the system are purged by supplying an inert gas.

しかし、従来のシステムでは、予めパージ用の不活性ガスを別途タンクに貯蔵しておく必要があった。不活性ガスは、改質および発電のいずれにも利用不能なガスであるため、運転停止時のためだけに不活性ガスを貯蔵しておくことは、スペースおよび運転コスト上の無駄が大きかった。   However, in the conventional system, it is necessary to store the inert gas for purging in a separate tank in advance. Since the inert gas is a gas that cannot be used for both reforming and power generation, storing the inert gas only when the operation is stopped is wasteful in terms of space and operation costs.

その一方で、従来、残留可燃物のパージに適したガスは見出されていなかった。例えば、酸素が含有されたガスを供給すれば、残留可燃物中の可燃成分が異常燃焼し、その熱によってシステムに悪影響を与える可能性がある。水蒸気が含有されたガスを供給すれば、パージ後の結露によって、再起動が困難になったり、燃料電池の触媒性能が低下したりする可能性がある。結露が生じれば、低温環境下では、凍結を招く可能性もある。これらの弊害を考慮すると、上述の無駄はあるものの、不活性ガスをパージガスとして利用せざるを得ない状況にあった。   On the other hand, no gas suitable for purging residual combustibles has been found. For example, if a gas containing oxygen is supplied, the combustible components in the residual combustible material may abnormally burn, and the heat may adversely affect the system. If a gas containing water vapor is supplied, there is a possibility that restarting may become difficult due to dew condensation after purging or the catalyst performance of the fuel cell may deteriorate. If condensation occurs, freezing may occur in a low temperature environment. Considering these adverse effects, there is a situation in which the inert gas must be used as the purge gas although there is waste as described above.

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、不活性ガスに依らずに残留可燃物をパージする技術を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a technique for purging a residual combustible material without depending on an inert gas.

上記課題を解決するため、本発明では、所定の原料を改質して水素ガスを生成する水素ガス生成システムについて、その運転を停止する際に、システムの運転時にも使用されるガスを用いてパージを行うものとした。但し、これらのガスの供給方法を制御することで、先に例示した種々の課題を解決した。   In order to solve the above-mentioned problems, in the present invention, when a hydrogen gas generation system that reforms a predetermined raw material to generate hydrogen gas and stops its operation, the gas that is also used during the operation of the system is used. Purging was performed. However, various problems exemplified above were solved by controlling the supply method of these gases.

つまり、本発明では、空気パージ工程を経て、水素ガス生成システムの運転を停止する。空気パージ工程とは、システム内に空気を供給し残留可燃物を強制排出する工程であり、残留可燃物と酸素との反応による過熱を回避可能な環境条件が成立したと判断される時点で実行される。   That is, in the present invention, the operation of the hydrogen gas generation system is stopped through the air purge process. The air purge process is a process that supplies air into the system and forcibly discharges residual combustibles, and is executed when it is determined that environmental conditions that can avoid overheating due to the reaction between residual combustibles and oxygen are satisfied. Is done.

パージガスとして空気を供給した場合の弊害は、残留可燃物中の水素、一酸化炭素、炭素などが酸素と反応し発熱する点にある。本願発明者は、これらの発熱によるシステムへの悪影響は、高温環境下で生じる点に着目した。低温になれば、酸素との反応が生じなかったり、システムにほとんど影響を与えない程度の熱しか発しなかったりするのである。例えば、かかる温度以下の環境条件にある場合には、空気をパージガスとして利用することができる。   The harmful effect of supplying air as the purge gas is that hydrogen, carbon monoxide, carbon, etc. in the residual combustible material react with oxygen and generate heat. The inventor of the present application has focused on the point that the adverse effects on the system caused by these heat generations occur in a high temperature environment. At low temperatures, the reaction with oxygen does not occur, or it generates only enough heat to have little effect on the system. For example, air can be used as the purge gas when the environmental conditions are below the temperature.

温度をパラメータとして環境条件を判断する場合、運転停止時には、温度が十分に低下するまで何らパージを行わないものとしてもよいし、この間は、不活性ガスでパージしてもよい。前者によれば、不活性ガスの貯蔵が不要となる。後者によれば、不活性ガスの使用量を大幅に低減することができる。   When judging environmental conditions using temperature as a parameter, when the operation is stopped, no purging may be performed until the temperature is sufficiently lowered, or during this time, purging may be performed with an inert gas. According to the former, it is not necessary to store an inert gas. According to the latter, the usage-amount of an inert gas can be reduced significantly.

空気パージ工程は、上述の環境条件が成立したと判断される時点で行われる。この判断は、例えば、システム内の温度を検出し、その検出結果に基づいて行うことができる。また、運転停止、即ち原料の供給を停止した後の経過時間に基づいて判断してもよい。   The air purge process is performed when it is determined that the above-described environmental conditions are satisfied. This determination can be made, for example, by detecting the temperature in the system and based on the detection result. Further, the determination may be made based on the elapsed time after the operation is stopped, that is, the supply of the raw material is stopped.

環境条件には、残留可燃物の成分に関する条件も含まれる。酸素と反応して発熱する所定成分が残留可燃物中に少量しか含まれていなければ、高温環境下であっても空気パージを行うことができる。残留可燃物中の所定成分の濃度を低下させるためには、空気パージに先だって、酸素を含有しないガスを用いたパージを行うことが効果的である。   Environmental conditions also include conditions relating to the components of residual combustibles. If the residual combustible material contains only a small amount of the predetermined component that generates heat by reacting with oxygen, air purge can be performed even in a high temperature environment. In order to reduce the concentration of the predetermined component in the residual combustible material, it is effective to perform a purge using a gas not containing oxygen prior to the air purge.

かかる観点から、本発明においては、空気パージ工程に先だって水蒸気パージ工程を行うことが望ましい。水蒸気パージ工程とは、水蒸気を供給して残留可燃物の少なくとも一部を強制排出する工程である。こうすれば、水蒸気パージ工程によって、残留可燃物中の所定成分をパージすることができる。併せて、システムの温度低下を促進できる利点もある。水蒸気は、改質に用いられる気体でもあるから、水蒸気パージは、システム上、特別の付加的構成を要しない。本発明では、水蒸気パージ工程の後、空気パージが行われるため、水蒸気の結露による弊害、水分が凍結することによる弊害を回避することもできる。   From this point of view, in the present invention, it is desirable to perform the water vapor purge step prior to the air purge step. The steam purge process is a process for supplying steam and forcibly discharging at least a part of the remaining combustible material. If it carries out like this, the predetermined component in a residual combustible material can be purged by a water vapor purge process. In addition, there is an advantage that the temperature drop of the system can be promoted. Since steam is also a gas used for reforming, the steam purge does not require any special additional configuration on the system. In the present invention, since the air purge is performed after the water vapor purge step, it is possible to avoid the adverse effects caused by condensation of water vapor and the adverse effects caused by freezing of water.

環境条件として、残留可燃物中の所定の成分を用いる場合、その判断は、例えば、水蒸気パージ工程の時間によって行うことができる。パージを開始した当初の残留可燃物を水蒸気でほぼ置換可能な時間を、予め実験等によって求めておけばよい。   In the case where a predetermined component in the residual combustible material is used as the environmental condition, the determination can be made based on, for example, the time of the steam purge process. What is necessary is just to obtain | require beforehand the time which can replace substantially the initial combustible material which started the purge with water vapor | steam.

水蒸気パージ工程において、水蒸気は、飽和蒸気圧よりも低い圧力で供給されることが望ましい。こうすることにより、水蒸気パージ工程における結露を抑制することができる。飽和蒸気圧は、システム内の温度および圧力によって変動する。水蒸気は、これらの変動幅を考慮して、十分に低く設定されたほぼ一定の圧力で供給するものとしてもよいし、温度および圧力を検出し、上述の条件を満足するよう圧力制御しつつ供給するものとしてもよい。圧力制御は、調圧弁など周知の機構を適用可能である。圧力制御する際の目標圧力は、システム内の温度との関係で予め記憶しておいてもよいし、クラウジウス−クラペイロンの式などの関係式を用いて算出するものとしてもよい。   In the steam purge step, the steam is desirably supplied at a pressure lower than the saturated vapor pressure. By doing so, condensation in the water vapor purge process can be suppressed. Saturated vapor pressure varies with temperature and pressure in the system. In consideration of these fluctuation ranges, the water vapor may be supplied at a substantially constant pressure set sufficiently low, or the temperature and pressure are detected and supplied while controlling the pressure so as to satisfy the above conditions. It is good also as what to do. A known mechanism such as a pressure regulating valve can be applied to the pressure control. The target pressure at the time of pressure control may be stored in advance in relation to the temperature in the system, or may be calculated using a relational expression such as a Clausius-Clapeyron expression.

水蒸気パージ工程と空気パージ工程とを併用する場合には、水素ガス生成システム内の温度または圧力の少なくとも一方に基づいて、前者から後者への切り替えを行うことが望ましい。こうすることで、適切なタイミングでの切り替えを実現できる。切り替え条件としては、例えば、水蒸気の凝縮が生じる可能性、および酸素との反応による過熱の回避可能性を考慮して設定されることが好ましい。前者の条件は、システム内の温度低下により、供給されている水蒸気の圧力が飽和蒸気圧を超えるか否かによって判断できる。遅くとも水蒸気の圧力が飽和蒸気圧を超えようとする時点には、水蒸気パージを終了することが望ましい。後者の条件は、システム内の温度が十分に低下したか否かで判断できる。少なくとも過熱を生じない基準温度よりもシステム内の温度が低下した後で、空気パージを開始することが望ましい。   When the steam purge step and the air purge step are used in combination, it is desirable to switch from the former to the latter based on at least one of temperature or pressure in the hydrogen gas generation system. In this way, switching at an appropriate timing can be realized. The switching condition is preferably set in consideration of, for example, the possibility of condensation of water vapor and the possibility of avoiding overheating due to reaction with oxygen. The former condition can be judged by whether or not the pressure of the supplied water vapor exceeds the saturated vapor pressure due to a temperature drop in the system. It is desirable to end the water vapor purge when the water vapor pressure is about to exceed the saturated vapor pressure at the latest. The latter condition can be judged by whether or not the temperature in the system has sufficiently decreased. It is desirable to start the air purge at least after the temperature in the system has dropped below a reference temperature that does not cause overheating.

本発明においては、水蒸気パージ工程、および空気パージ工程の完了後、システム内を減圧する工程を備えるものとしてもよい。システム内には、セラミックスなどの吸湿性の材料が用いられることがある。減圧工程によって、吸湿材料に吸収された水分の蒸発を促進することができ、システム内の結露による弊害を更に抑制することができる。   In this invention, it is good also as a process of decompressing the inside of a system after completion of a water vapor purge process and an air purge process. Hygroscopic materials such as ceramics may be used in the system. By the decompression step, evaporation of moisture absorbed by the moisture-absorbing material can be promoted, and adverse effects due to condensation in the system can be further suppressed.

水蒸気パージ工程を備えるか否かに関わらず、空気パージ工程は、時間の経過とともに供給される空気の温度を低下させることが望ましい。こうすることで、システムの温度を徐々に低下させることができ、急冷による損傷を回避することができる。   Regardless of whether or not the steam purge step is provided, it is desirable that the air purge step lowers the temperature of the supplied air as time passes. By doing so, the temperature of the system can be gradually lowered, and damage due to rapid cooling can be avoided.

空気の温度は、連続的に低下させてもよいし、段階的に低下させてもよい。例えば、水素ガス生成システムに、改質のために前記原料を気化させる蒸発部が備えられている場合には、蒸発部で過熱された空気を供給し、その後、蒸発部の運転を停止するとともにその余熱で昇温された空気を供給することにより、供給される空気の温度を段階的に低下させることができる。   The temperature of the air may be continuously decreased or may be decreased stepwise. For example, when the hydrogen gas generation system is provided with an evaporation section that vaporizes the raw material for reforming, the air heated by the evaporation section is supplied, and then the operation of the evaporation section is stopped. By supplying the air heated by the residual heat, the temperature of the supplied air can be lowered stepwise.

本発明は、天然ガス、ガソリンその他の炭化水素、アルコール、エーテル、アルデヒドなどを原料とする種々の水素ガス生成システムに適用可能である。特に、炭化水素系化合物を原料とする水素ガス生成システムに好適である。炭化水素系化合物の改質は、400〜600℃という高温で行われ、一般に高級炭化水素系化合物では炭素が析出しやすい。かかる高温下で、炭素と酸素が触れることにより過熱が生じやすい。本発明を適用すれば、かかる過熱を回避しつつ、空気を用いてパージを行うことができる。特に、水蒸気パージ工程と空気パージ工程とを行うことが好ましい。   The present invention is applicable to various hydrogen gas generation systems using natural gas, gasoline and other hydrocarbons, alcohols, ethers, aldehydes and the like as raw materials. In particular, it is suitable for a hydrogen gas generation system using a hydrocarbon compound as a raw material. The reforming of the hydrocarbon compound is performed at a high temperature of 400 to 600 ° C., and generally carbon is likely to precipitate in the higher hydrocarbon compound. At such a high temperature, overheating tends to occur when carbon and oxygen come into contact with each other. By applying the present invention, purging can be performed using air while avoiding such overheating. In particular, it is preferable to perform a steam purge step and an air purge step.

本発明は、生成された水素の使用目的に関わらず、種々の水素ガス生成システムの運転停止に適用できる。本発明は、特に、水素ガス生成システムと燃料電池との組み合わせで構成される燃料電池システムにとって有用性が高い。本発明を適用して運転を停止すれば、水素ガス生成システムのみならず燃料電池内のパージも同時に行うことができる。従って、燃料電池内での結露も同時に抑制することができる利点がある。   The present invention can be applied to the shutdown of various hydrogen gas generation systems regardless of the purpose of use of the generated hydrogen. The present invention is particularly useful for a fuel cell system including a combination of a hydrogen gas generation system and a fuel cell. If the operation is stopped by applying the present invention, not only the hydrogen gas generation system but also the purge in the fuel cell can be performed simultaneously. Therefore, there is an advantage that condensation in the fuel cell can be suppressed at the same time.

本発明は、上述した運転停止方法の他、種々の態様で構成可能である。例えば、上述した運転停止を適用した水素ガス生成システムとして構成してもよい。かかる水素ガス生成システムは、改質を行う改質部と、改質部に空気を供給する空気供給部と、空気供給部を制御する制御部を備える構成となる。制御部は、運転停止時に、改質部内の残留可燃物と酸素との反応による過熱を回避可能な環境条件が成立したと判断される時点で、改質部内に空気を供給するよう空気供給部を制御する。改質部は、広義には、原料から水素ガスを生成するユニットを含む。原料の種類によっては、改質反応、シフト反応、一酸化炭素酸化反応などの多段階の化学反応を経て水素ガスが生成されるが、これらの各ユニットが改質部に含まれる。   The present invention can be configured in various modes in addition to the operation stop method described above. For example, you may comprise as a hydrogen gas production | generation system to which the operation stop mentioned above is applied. Such a hydrogen gas generation system includes a reforming unit that performs reforming, an air supply unit that supplies air to the reforming unit, and a control unit that controls the air supply unit. The control unit is configured to supply air into the reforming unit when it is determined that an environmental condition that can avoid overheating due to a reaction between the residual combustible material in the reforming unit and oxygen is satisfied when the operation is stopped. To control. The reforming section includes a unit that generates hydrogen gas from a raw material in a broad sense. Depending on the type of raw material, hydrogen gas is generated through a multi-stage chemical reaction such as a reforming reaction, a shift reaction, and a carbon monoxide oxidation reaction. These units are included in the reforming section.

本発明は、その他、上述した運転停止を適用した燃料電池システム、該燃料電池システムをエネルギ源として搭載した移動体など種々の態様で構成可能である。これらの各構成においては、先に運転停止方法で説明した種々の付加的要素を考慮可能である。例えば、蒸発部で加熱された空気、蒸発部の余熱によって昇温された空気をパージに使用する場合には、空気供給部は、蒸発部を経由して改質部に空気を供給する構成とすることが望ましい。   In addition to the above, the present invention can be configured in various modes such as a fuel cell system to which the above-described operation stop is applied, and a moving body in which the fuel cell system is mounted as an energy source. In each of these configurations, it is possible to consider various additional factors described above for the operation stop method. For example, when using air heated by the evaporation unit and air heated by the residual heat of the evaporation unit for purging, the air supply unit supplies air to the reforming unit via the evaporation unit. It is desirable to do.

本発明の実施の形態について、以下の項目に分けて説明する。
A.システム構成:
B.運転停止処理:
C.変形例:
The embodiment of the present invention will be described by dividing it into the following items.
A. System configuration:
B. Stop operation:
C. Variations:

A.システム構成:
図1は実施例における燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。本実施例の燃料電池システムは、燃料電池9と、そこに供給される水素ガスを生成する水素ガス生成システムとから構成される。燃料電池9は、水素と酸素の電気化学反応によって発電するユニットである。燃料電池9には、種々の型を適用可能であるが、本実施例では、固体高分子型を用いるものとした。
A. System configuration:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system in an embodiment. The fuel cell system according to this embodiment includes a fuel cell 9 and a hydrogen gas generation system that generates hydrogen gas supplied thereto. The fuel cell 9 is a unit that generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. Although various types can be applied to the fuel cell 9, a solid polymer type is used in this embodiment.

水素ガス生成システムは、所定の原料を改質して水素ガスを生成する。水素ガスとは、水素リッチな気体を意味しており、純水素には限定されない。原料としては、一般には、天然ガス、ガソリンその他の炭化水素、アルコール、エーテル、アルデヒドなどが適用可能である。本実施例では、ガソリンを原料として用いるものとした。ガソリンは、水蒸気との改質反応、および空気との部分酸化反応によって、水素および一酸化炭素を生成する。これらの反応は、次のユニットで行われる。   The hydrogen gas generation system reforms a predetermined raw material to generate hydrogen gas. The hydrogen gas means a gas rich in hydrogen and is not limited to pure hydrogen. In general, natural gas, gasoline and other hydrocarbons, alcohols, ethers, aldehydes, and the like are applicable as raw materials. In this embodiment, gasoline is used as a raw material. Gasoline produces hydrogen and carbon monoxide by a reforming reaction with steam and a partial oxidation reaction with air. These reactions take place in the next unit.

原料は、原料タンク2に貯蔵されており、蒸発器3で気化されて改質ユニット4に供給される。供給量は、バルブ11によって制御可能である。原料の改質に利用される水蒸気は、水タンク1に貯蔵された水を蒸発器3で気化して生成される。水蒸気の供給量は、バルブ10によって制御可能である。蒸発器3には、外部から空気を導入し、これを加熱して改質ユニット4に供給するためのバルブ12が設けられている。このバルブ12は、後述する運転停止処理で使用され、改質を行う際には閉じられている。改質に使用される空気は、蒸発器3を介さない経路で、コンプレッサ7によって、改質ユニット4に導入される。この経路には、切替弁14,15が設けられており、運転時には、切替弁14を外気の導入側、切替弁15を改質ユニット4側に切り替えられる。   The raw material is stored in the raw material tank 2, vaporized by the evaporator 3, and supplied to the reforming unit 4. The supply amount can be controlled by the valve 11. Steam used for reforming the raw material is generated by evaporating the water stored in the water tank 1 with the evaporator 3. The supply amount of water vapor can be controlled by the valve 10. The evaporator 3 is provided with a valve 12 for introducing air from the outside, heating it and supplying it to the reforming unit 4. The valve 12 is used in an operation stop process described later, and is closed when reforming is performed. The air used for reforming is introduced into the reforming unit 4 by the compressor 7 through a path not passing through the evaporator 3. In this path, switching valves 14 and 15 are provided. During operation, the switching valve 14 can be switched to the outside air introduction side, and the switching valve 15 can be switched to the reforming unit 4 side.

改質ユニット4は、原料を改質するための触媒が担持されている。触媒の担持には、例えば、セラミックス等の支持体を用いることができる。気化された原料、水蒸気、空気が供給されると、水素および一酸化炭素が生成される。この反応は、通常、600℃前後の高温状態で行われる。ガソリンその他の炭化水素系原料を使用する場合には、特に高級炭化水素系化合物に対し、改質時の条件によって、炭素が析出しやすいことが知られている。改質ユニット4での改質条件は、反応を促進しつつ、炭素の析出を抑制するよう適宜選択することが望ましい。なお、本実施例では、水蒸気改質と部分酸化反応とを並行して行うものとしたが、水蒸気改質のみを行わせる構成を採ることも可能である。   The reforming unit 4 carries a catalyst for reforming the raw material. For supporting the catalyst, for example, a support such as ceramics can be used. When the vaporized raw material, water vapor, and air are supplied, hydrogen and carbon monoxide are generated. This reaction is usually performed at a high temperature of about 600 ° C. In the case of using gasoline or other hydrocarbon-based raw materials, it is known that carbon is likely to precipitate depending on the conditions during reforming, particularly for higher hydrocarbon compounds. It is desirable that the reforming conditions in the reforming unit 4 be appropriately selected so as to suppress the precipitation of carbon while promoting the reaction. In this embodiment, the steam reforming and the partial oxidation reaction are performed in parallel. However, it is possible to adopt a configuration in which only steam reforming is performed.

改質ユニット4で生成されたガスは、シフト反応ユニット5に供給される。シフト反応ユニット5には、シフト反応に適した触媒が担持されている。シフト反応とは、一酸化炭素と水蒸気とから、二酸化炭素と水素を生成する反応を言い、約300℃程度で反応が行われる。シフト反応ユニット5に水蒸気を供給する配管は、図示を省略した。炭化水素系以外の原料を用いる場合には、シフト反応ユニット5を省略することも可能である。   The gas generated in the reforming unit 4 is supplied to the shift reaction unit 5. The shift reaction unit 5 carries a catalyst suitable for the shift reaction. The shift reaction refers to a reaction that generates carbon dioxide and hydrogen from carbon monoxide and water vapor, and the reaction is performed at about 300 ° C. Illustration of piping for supplying water vapor to the shift reaction unit 5 is omitted. In the case of using a raw material other than hydrocarbon, the shift reaction unit 5 can be omitted.

シフト反応ユニット5で生成されたガスは、CO酸化ユニット6に供給される。CO酸化ユニット6は、一酸化炭素を選択的に酸化する触媒が担持されている。改質された水素ガスは、選択酸化反応によって、一酸化炭素が二酸化炭素に酸化された後、燃料電池9のアノードに供給される。CO酸化ユニット6と燃料電池9との間には、切替弁13が設けられている。切替弁13は、運転時には、燃料電池9の側に切り替えられる。   The gas generated in the shift reaction unit 5 is supplied to the CO oxidation unit 6. The CO oxidation unit 6 carries a catalyst that selectively oxidizes carbon monoxide. The reformed hydrogen gas is supplied to the anode of the fuel cell 9 after carbon monoxide is oxidized to carbon dioxide by a selective oxidation reaction. A switching valve 13 is provided between the CO oxidation unit 6 and the fuel cell 9. The switching valve 13 is switched to the fuel cell 9 side during operation.

燃料電池システムの運転は、制御ユニット8によって制御される。制御ユニット8は、内部にCPU、メモリを備えたマイクロコンピュータである。制御ユニット8は、システム内の各バルブ10,11,12の動作、切替弁13,14,15の動作、コンプレッサ7および蒸発器3などの運転を制御する。上記制御を行うため、制御ユニット8には、種々の信号が入力される。これらの信号には、例えば、改質ユニット4に設けられた圧力センサ4p、温度センサ4tからの検出結果が含まれる。   The operation of the fuel cell system is controlled by the control unit 8. The control unit 8 is a microcomputer having a CPU and a memory inside. The control unit 8 controls the operation of the valves 10, 11, 12 in the system, the operation of the switching valves 13, 14, 15 and the operation of the compressor 7 and the evaporator 3. In order to perform the above control, various signals are input to the control unit 8. These signals include, for example, detection results from the pressure sensor 4p and the temperature sensor 4t provided in the reforming unit 4.

B.運転停止処理:
図2は燃料電池システムの運転停止処理を示すフローチャートである。運転停止は、制御ユニット8が、このフローチャートに従い、バルブ10,11,12等を制御することによって実現される。
B. Stop operation:
FIG. 2 is a flowchart showing an operation stop process of the fuel cell system. The operation stop is realized by the control unit 8 controlling the valves 10, 11, 12 and the like according to this flowchart.

図3は運転停止処理時のシステムの動作状況を示す説明図である。原料および改質用空気の供給状態、水蒸気の供給状態、蒸発器3の運転状態、加熱空気の供給状態、コンプレッサ7の運転状態をそれぞれ図示した。   FIG. 3 is an explanatory diagram showing the operation status of the system during the operation stop process. The supply state of the raw material and reforming air, the supply state of water vapor, the operation state of the evaporator 3, the supply state of heated air, and the operation state of the compressor 7 are illustrated.

以下、図2および図3を参照しつつ、運転停止の処理について説明する。運転停止時には、制御ユニット8は、まず、改質ユニット4への原料および空気の供給を停止する(ステップS10および図3の時刻a)。つまり、これらを供給するバルブ11,12を閉状態にする。   Hereinafter, the operation stop process will be described with reference to FIGS. 2 and 3. When the operation is stopped, the control unit 8 first stops the supply of the raw material and air to the reforming unit 4 (step S10 and time a in FIG. 3). That is, the valves 11 and 12 for supplying these are closed.

水蒸気については、改質ユニット4への供給を継続する。これによって、システム内の水蒸気パージを行う(ステップS12)。水蒸気パージは、予め設定された時間t1だけ継続される。継続時間t1は、後述する加熱空気パージを開始可能な環境条件を考慮して設定することができる。環境条件とは、システム内の残留可燃物に含まれる可燃成分、改質時に析出した炭素などが空気中の酸素に触れ、異常燃焼を生じない条件である。より具体的には、システム内の温度が十分に低下している条件、可燃成分および炭素がほぼシステム内から排出された条件を用いることができる。本実施例では、後者の条件に着目し、運転停止を開始した直後にシステム内に残留していたガスが、水蒸気にほぼ置換される時間を実験等で求め、継続時間t1として用いた。   The supply of steam to the reforming unit 4 is continued. Thereby, the water vapor purge in the system is performed (step S12). The steam purge is continued for a preset time t1. The duration t1 can be set in consideration of environmental conditions that allow the heated air purge to be described later to be started. The environmental conditions are conditions in which combustible components contained in residual combustible materials in the system, carbon deposited during reforming, etc. come into contact with oxygen in the air and abnormal combustion does not occur. More specifically, conditions under which the temperature in the system is sufficiently reduced, conditions under which combustible components and carbon are substantially exhausted from the system can be used. In this example, paying attention to the latter condition, the time for which the gas remaining in the system almost immediately after the start of the operation stop is substantially replaced with water vapor was obtained by experiments and used as the duration t1.

水蒸気パージを行う際、水蒸気は、残留可燃物をパージ可能な程度に高い圧力で供給されることが望ましい。その一方、システム内の結露を回避するため、水蒸気は、飽和蒸気圧を超えない圧力で供給されることが望ましい。本実施例では、これらの点を考慮して、飽和蒸気圧よりもやや低い圧力で水蒸気を供給するものとした。飽和蒸気圧は、システム内の温度に依存するため、温度センサ4tによって、改質ユニット4の温度を検出し、これに基づいて水蒸気の圧力を設定した。圧力制御は、バルブ10の開度、蒸発器3の調圧機構の制御によって実現される。開ループで圧力を制御してもよいが、本実施例では、圧力センサ4pの検出結果に基づくフィードバック制御を適用した。システム内の温度変化に伴って、水蒸気の供給圧力も変動する。本実施例では、改質ユニット4の温度および圧力のみを検出しているが、その他のユニットの温度および圧力を併せて考慮するものとしてもよい。かかる制御を適用するまでなく、水蒸気パージ中の最も低い飽和蒸気圧に対し、余裕のある一定圧力で水蒸気を供給しても構わない。   When performing the steam purge, it is desirable to supply the steam at a pressure high enough to purge the remaining combustible material. On the other hand, in order to avoid condensation in the system, it is desirable that the water vapor is supplied at a pressure not exceeding the saturated vapor pressure. In this embodiment, in consideration of these points, the water vapor is supplied at a pressure slightly lower than the saturated vapor pressure. Since the saturated vapor pressure depends on the temperature in the system, the temperature of the reforming unit 4 is detected by the temperature sensor 4t, and the water vapor pressure is set based on the detected temperature. The pressure control is realized by controlling the opening degree of the valve 10 and the pressure regulating mechanism of the evaporator 3. Although the pressure may be controlled in an open loop, in this embodiment, feedback control based on the detection result of the pressure sensor 4p is applied. As the temperature in the system changes, the water vapor supply pressure also varies. In the present embodiment, only the temperature and pressure of the reforming unit 4 are detected, but the temperature and pressure of other units may be considered together. Needless to apply such control, the steam may be supplied at a constant pressure with a margin with respect to the lowest saturated steam pressure during the steam purge.

時間t1が経過すると、制御ユニット8は、水蒸気パージを停止し、加熱空気パージに切り替える(ステップS14および図3の時刻b、c)。本実施例では、両者の切り替えを徐々に行うものとした。瞬間的に切り替えても構わない。   When the time t1 elapses, the control unit 8 stops the steam purge and switches to the heated air purge (step S14 and times b and c in FIG. 3). In this embodiment, the switching between the two is performed gradually. You can switch instantly.

水蒸気パージの停止は、バルブ10を閉状態にすることで行われる。加熱空気パージとは、蒸発器3で加熱された空気を改質ユニット4に供給することによって実現されるパージである。このため、制御ユニット8は、蒸発器3の運転は継続したまま、バルブ12を開状態とし、蒸発器3に空気を取り入れる。導入された空気は、蒸発器3で加熱され、改質ユニット4に供給される。これによって、水蒸気パージ時とほぼ同等以上の温度の空気によるパージを実現することができる。加熱空気パージは、予め設定された時間t2だけ継続される。   The steam purge is stopped by closing the valve 10. The heated air purge is a purge realized by supplying air heated by the evaporator 3 to the reforming unit 4. Therefore, the control unit 8 keeps the operation of the evaporator 3, opens the valve 12, and takes air into the evaporator 3. The introduced air is heated by the evaporator 3 and supplied to the reforming unit 4. As a result, it is possible to achieve purging with air having a temperature substantially equal to or higher than that during steam purge. The heated air purge is continued for a preset time t2.

加熱空気パージは、後述する余熱空気パージとともに、水蒸気パージ工程で供給された水分をシステム内から除去する工程に相当する。加熱空気は、システム内の乾燥を促進する目的、および温度の急激な低下を防ぐことによって結露およびシステムの損傷を回避する目的から用いられるものである。継続時間t2は、これらの観点から、システムごとに適宜設定すればよい。蒸発器3の運転によるエネルギ消費を抑制するため、継続時間t2は、短い方が好ましい。   The heated air purge corresponds to a process of removing moisture supplied in the water vapor purge process from the system together with the remaining hot air purge described later. Heated air is used for the purpose of promoting drying in the system and for avoiding condensation and damage to the system by preventing a rapid drop in temperature. The duration t2 may be set appropriately for each system from these viewpoints. In order to suppress energy consumption due to the operation of the evaporator 3, it is preferable that the duration t2 is short.

時間t2が経過すると、制御ユニット8は、加熱空気パージを停止し、余熱空気パージに切り替える(ステップS16および図3の時刻d)。余熱空気パージとは、蒸発器3の運転を停止、その余熱によって昇温された空気を用いたパージをいう。余熱パージは、制御ユニット8が、蒸発器3の運転を停止することにより実現される。蒸発器3の温度が低下するにつれて、余熱空気の温度も徐々に低下する。これによって、システム内のパージとともに、蒸発器3を含めたシステム全体の温度低下を促進することができる。余熱空気パージは、予め設定された時間t3だけ継続される。   When the time t2 has elapsed, the control unit 8 stops the heated air purge and switches to the remaining hot air purge (step S16 and time d in FIG. 3). The residual heat air purge is a purge using air whose temperature has been raised by the residual heat after the operation of the evaporator 3 is stopped. The residual heat purge is realized by the control unit 8 stopping the operation of the evaporator 3. As the temperature of the evaporator 3 decreases, the temperature of the remaining hot air also gradually decreases. As a result, it is possible to promote a decrease in the temperature of the entire system including the evaporator 3 together with the purge in the system. The remaining hot air purge is continued for a preset time t3.

余熱空気パージ工程は、システム内の水分を除去するとともに、システムの温度を低下させる工程である。継続時間t3は、これらの観点から、システム構成に応じて適宜設定すればよい。継続時間t3は、先に説明した継続時間t2とともに、一例として、次の手法で決定することができる。つまり、システムの冷却を図る目的から継続時間t3の最低値を決定し、継続時間t3がこの最低値を下回らない範囲で、継続時間t2,t3を総合的に決定する。継続時間t2,t3は、パージ時間短縮を図るため両者の合計時間が短くなること、および使用エネルギの抑制を図るため継続時間t2が短くなることの双方を考慮して設定する。   The preheated air purge step is a step of removing water in the system and lowering the temperature of the system. From these viewpoints, the duration time t3 may be appropriately set according to the system configuration. The duration t3 can be determined by the following method as an example together with the duration t2 described above. That is, the minimum value of the duration t3 is determined for the purpose of cooling the system, and the durations t2 and t3 are comprehensively determined within a range where the duration t3 does not fall below the minimum value. The durations t2 and t3 are set in consideration of both the shortening of the total time for shortening the purge time and the shortening of the duration t2 for suppressing the use energy.

時間t3が経過すると、制御ユニット8は、余熱空気パージを停止し、システム内の減圧処理を行う(ステップS18および図3の時刻e)。余熱空気パージの停止は、蒸発器3に空気を導入するためのバルブ12を閉状態とすることにより実現される。減圧処理は、コンプレッサ7を用いて行われる。ガスが、コンプレッサ7を通って排気されるよう、切替弁13〜15を切り替えるとともに、コンプレッサ7を運転することにより、システム内を減圧することができる。減圧によって、セラミックス等、吸湿性の材料に吸収された水分の除去を促進することができる。減圧時の目標圧力は、かかる観点から、水分を十分に除去可能な範囲で適宜設定すればよい。本実施例では、大気圧よりも低い圧力状態にまで減圧するものとした。こうした減圧が完了すると、制御ユニット8が、コンプレッサ7の運転を停止し、外気導入を妨げる方向に切替弁13〜15を切り替え、運転停止処理が完了する(図3の時刻f)。なお、減圧処理は、加熱空気パージ、余熱空気パージに加えて、より完全に水蒸気を除去するための工程であり、省略することも可能である。システム内部の圧力を徐々に解放することで、大気圧相当まで減圧してもよい。   When the time t3 elapses, the control unit 8 stops the remaining hot air purge and performs a pressure reduction process in the system (step S18 and time e in FIG. 3). The stop of the remaining hot air purge is realized by closing the valve 12 for introducing air into the evaporator 3. The decompression process is performed using the compressor 7. The system can be depressurized by switching the switching valves 13 to 15 and operating the compressor 7 so that the gas is exhausted through the compressor 7. The removal of moisture absorbed by a hygroscopic material such as ceramics can be promoted by the reduced pressure. From this point of view, the target pressure at the time of depressurization may be appropriately set within a range in which moisture can be sufficiently removed. In this example, the pressure was reduced to a pressure state lower than the atmospheric pressure. When such pressure reduction is completed, the control unit 8 stops the operation of the compressor 7, switches the switching valves 13 to 15 in a direction that prevents the introduction of outside air, and the operation stop processing is completed (time f in FIG. 3). The decompression process is a process for removing water vapor more completely in addition to the heated air purge and the preheated air purge, and can be omitted. The pressure inside the system may be gradually reduced to the atmospheric pressure by gradually releasing the pressure.

以上で説明した実施例の運転停止方法によれば、システム内のパージに不活性ガスが不要となる。運転時に必要となる気体、つまり水蒸気および空気を用いてパージすることができるため、運転停止に固有のタンクを備える必要がない。従って、システムの小型化、システムの簡略化を図ることができる。   According to the operation stop method of the embodiment described above, an inert gas is not required for purging in the system. Since purging can be performed using gas required during operation, that is, water vapor and air, it is not necessary to provide a tank unique to shutdown. Therefore, the system can be reduced in size and the system can be simplified.

また、水蒸気パージの後、空気を用いて水分除去を行うことにより、システム内の結露に起因する弊害、水分が凍結することによる弊害を回避することもできる。   Further, by removing moisture using air after the water vapor purge, it is possible to avoid problems caused by condensation in the system and problems caused by freezing of moisture.

C.変形例:
図4は変形例としての運転停止処理のフローチャートである。実施例では、継続時間t1の経過をトリガーとして、水蒸気パージから加熱空気パージへの切り替えを行う場合を例示した。変形例では、改質ユニット4の温度条件に基づいて両者の切り替えを行う場合を例示する。
C. Variations:
FIG. 4 is a flowchart of an operation stop process as a modification. In the embodiment, the case where the switching from the steam purge to the heated air purge is performed using the elapse of the duration t1 as a trigger is illustrated. In a modification, the case where both are switched based on the temperature conditions of the reforming unit 4 is illustrated.

運転停止時には、制御ユニット8は、改質ユニット4への原料および空気の供給を停止し、水蒸気パージを行う(ステップS20、S22)。変形例では、水蒸気を一定圧力で供給するものとした。水蒸気パージは、システム内の温度Trが予め設定された基準温度T1を下回るまで継続される(ステップS24)。水蒸気の供給圧力および基準温度T1の設定については後述する。   When the operation is stopped, the control unit 8 stops the supply of the raw material and air to the reforming unit 4 and performs steam purge (steps S20 and S22). In the modification, water vapor is supplied at a constant pressure. The steam purge is continued until the temperature Tr in the system falls below a preset reference temperature T1 (step S24). The setting of the steam supply pressure and the reference temperature T1 will be described later.

システム内の温度Trが基準温度T1を下回ると、制御ユニット8は、水蒸気パージを停止し、加熱空気パージを行う(ステップS26)。加熱空気パージを一定時間行った後、蒸発器の運転を停止して、余熱空気パージを行う(ステップS28)。余熱空気パージを一定時間行った後は、減圧処理を行う(ステップS30)。これらの処理については、実施例と同様であるため、詳細な説明を省略する。なお、実施例と同様、減圧処理を省略することも可能である。   When the temperature Tr in the system falls below the reference temperature T1, the control unit 8 stops the steam purge and performs the heated air purge (step S26). After performing the heated air purge for a certain time, the operation of the evaporator is stopped and the remaining hot air purge is performed (step S28). After the remaining hot air purge is performed for a certain time, a decompression process is performed (step S30). Since these processes are the same as those in the embodiment, detailed description thereof is omitted. As in the embodiment, the decompression process can be omitted.

基準温度T1は、空気パージによる弊害を回避可能な環境条件に相当する。実施例で説明した通り、空気パージ時には残留可燃物中の成分と空気中の酸素との異常燃焼を抑制することが望ましい。基準温度T1は、かかる異常燃焼を抑制可能な範囲で設定される。例えば、析出した炭素と酸素との異常燃焼は、約400℃以上の高温下で発生すると言われている。これに応じて、基準温度T1は、400℃よりも十分に低い温度に設定すればよい。   The reference temperature T1 corresponds to an environmental condition that can avoid the harmful effects of air purge. As described in the embodiment, it is desirable to suppress abnormal combustion between the components in the residual combustible material and the oxygen in the air during the air purge. The reference temperature T1 is set in a range in which such abnormal combustion can be suppressed. For example, it is said that abnormal combustion of precipitated carbon and oxygen occurs at a high temperature of about 400 ° C. or higher. Accordingly, the reference temperature T1 may be set to a temperature sufficiently lower than 400 ° C.

水蒸気の供給圧力は、基準温度T1を考慮して設定することができる。図5は水蒸気の供給圧力の設定方法を示す説明図である。先に説明した通り、水蒸気の供給圧力は、飽和蒸気圧よりも低い範囲で設定することが望ましい。図示する通り、飽和蒸気圧は、温度の低下に伴って低くなる。パージ用の水蒸気圧が一定値Psであるとすれば、飽和蒸気圧がPsを下回る領域、即ち、臨界温度Tsat以下の低温領域では、水蒸気の凝縮が生じる。かかる凝縮を回避するため、パージ水蒸気の圧力Psは、臨界温度Tsatが基準温度T1よりも十分低くなるように設定される。臨界温度TsatとT1との間の余裕ΔTは、任意に設定可能である。   The supply pressure of water vapor can be set in consideration of the reference temperature T1. FIG. 5 is an explanatory view showing a method for setting the supply pressure of water vapor. As described above, the supply pressure of water vapor is desirably set in a range lower than the saturated vapor pressure. As shown in the figure, the saturated vapor pressure decreases as the temperature decreases. If the water vapor pressure for purging is a constant value Ps, water vapor condensation occurs in a region where the saturated vapor pressure is lower than Ps, that is, in a low temperature region below the critical temperature Tsat. In order to avoid such condensation, the pressure Ps of the purge steam is set so that the critical temperature Tsat is sufficiently lower than the reference temperature T1. The margin ΔT between the critical temperatures Tsat and T1 can be set arbitrarily.

変形例の処理によっても、実施例と同様、不活性ガスに依らないパージを実現することができる。加えて、システム内の温度に基づいて水蒸気パージから空気パージへの切り替えを行うことにより、パージ工程中の結露をより確実に抑制することができる利点もある。   Also by the processing of the modified example, purging that does not depend on the inert gas can be realized as in the embodiment. In addition, by switching from the water vapor purge to the air purge based on the temperature in the system, there is also an advantage that condensation during the purge process can be more reliably suppressed.

実施例および変形例では、加熱空気パージと余熱空気パージを併用する場合を例示したが、いずれか一方のみを用いるものとしてもよい。また、外気によるパージを用いるものとしてもよい。   In the embodiment and the modification, the case where the heated air purge and the remaining heat air purge are used together is exemplified, but only one of them may be used. Further, purging by outside air may be used.

実施例では、水蒸気パージと空気パージとを併用する場合を例示したが、空気パージのみを行うものとしてもよい。例えば、システムを冷却し、温度が十分に低下した時点で空気パージを開始するものとしてもよい。また、水蒸気パージに代えて、不活性ガスによるパージを行うものとしてもよい。この場合は、不活性ガスを貯蔵するタンクは必要となるものの、従来に比較して、そのサイズの小型化を図ることができる。   In the embodiment, the case where the steam purge and the air purge are used in combination is exemplified, but only the air purge may be performed. For example, the system may be cooled and the air purge may be started when the temperature is sufficiently lowered. Further, instead of the steam purge, purging with an inert gas may be performed. In this case, a tank for storing the inert gas is required, but the size can be reduced as compared with the conventional case.

実施例では、燃料電池システムへの適用を例示したが、水素ガスの消費系は、燃料電池に限定されない。実施例では、システム全体をまとめてパージする場合を例示したが、改質ユニット4、シフト反応ユニット5など、各ユニットごとにパージを行う構成としてもよい。   In the embodiments, application to a fuel cell system is illustrated, but the hydrogen gas consumption system is not limited to a fuel cell. In the embodiment, the case where the entire system is purged together is illustrated, but a configuration may be adopted in which purging is performed for each unit, such as the reforming unit 4 and the shift reaction unit 5.

上述した実施例から、次の適用例を把握することができる。
[適用例1] 所定の原料を改質して水素ガスを生成する水素ガス生成システムの運転を停止する運転停止方法であって、
該水素ガス生成システムの停止処理において、該水素ガス生成システム内に水蒸気を供給し前記残留可燃物の少なくとも一部を排出する水蒸気パージ工程を備える運転停止方法。
[適用例2] 適用例1記載の運転停止方法であって、
前記水蒸気は、飽和蒸気圧よりも低い圧力で供給される運転停止方法。
[適用例3] 適用例1記載の運転停止方法であって、
前記水蒸気パージ工程の後に、前記水素ガス生成システム内に空気を供給し前記残留可燃物を排出する空気パージ工程を備える運転停止方法。
[適用例4] 適用例3記載の運転停止方法であって、
前記水素ガス生成システム内の温度または圧力の少なくとも一方に基づいて、前記水蒸気パージ工程から空気パージ工程への切り替えを行う運転停止方法。
[適用例5] 適用例3記載の運転停止方法であって、
前記水蒸気パージ工程、および空気パージ工程の完了後、前記システム内を減圧する工程を備える運転停止方法。
[適用例6] 適用例3記載の運転停止方法であって、
時間の経過とともに温度の低い空気を用いて前記空気パージ工程を行う運転停止方法。
[適用例7] 適用例6記載の運転停止方法であって、
前記水素ガス生成システムは、改質のために前記原料を気化させる蒸発部を備え、
前記空気パージ工程は、該蒸発部で過熱された空気を供給し、その後、該蒸発部の運転を停止するとともにその余熱で昇温された空気を供給する工程である運転停止方法。
[適用例8] 適用例1記載の運転停止方法であって、
前記所定の原料は、炭化水素系化合物である運転停止方法。
[適用例9] 所定の原料を改質して水素ガスを生成する水素ガス生成システムと、該生成された水素を用いて発電する燃料電池とを備える燃料電池システムの運転を停止する運転停止方法であって、
該水素ガス生成システムおよび燃料電池の運転停止処理において、該水素ガス生成システム内に水蒸気を供給し前記残留可燃物の少なくとも一部を排出する水蒸気パージ工程を備える運転停止方法。
[適用例10] 所定の原料を改質して水素ガスを生成する水素ガス生成システムであって、
前記改質を行う改質部と、
該改質部に水蒸気を供給する水蒸気供給部と、
当該水素ガス生成システムの運転停止処理において、前記改質部内に水蒸気をを供給するよう前記水蒸気供給部を制御する制御部と
を備える水素ガス生成システム。
From the above-described embodiments, the following application examples can be grasped.
Application Example 1 An operation stop method for stopping operation of a hydrogen gas generation system that reforms a predetermined raw material to generate hydrogen gas,
An operation stop method comprising a water vapor purge step of supplying water vapor into the hydrogen gas generation system and discharging at least a part of the residual combustible material in the stop processing of the hydrogen gas generation system.
[Application Example 2] The operation stop method according to Application Example 1,
An operation stop method in which the water vapor is supplied at a pressure lower than a saturated vapor pressure.
[Application Example 3] The operation stop method according to Application Example 1,
An operation stop method comprising an air purge step of supplying air into the hydrogen gas generation system and discharging the residual combustible material after the water vapor purge step.
[Application Example 4] The operation stop method according to Application Example 3,
An operation stop method for switching from the steam purge step to the air purge step based on at least one of temperature and pressure in the hydrogen gas generation system.
[Application Example 5] The operation stop method according to Application Example 3,
An operation stop method comprising a step of depressurizing the system after completion of the water vapor purge step and the air purge step.
[Application Example 6] The operation stop method according to Application Example 3,
The operation stop method which performs the said air purging process using low temperature air with progress of time.
[Application Example 7] The operation stop method according to Application Example 6,
The hydrogen gas generation system includes an evaporation unit that vaporizes the raw material for reforming,
The air purging step is an operation stopping method in which the air heated by the evaporation unit is supplied, and then the operation of the evaporation unit is stopped and the air heated by the remaining heat is supplied.
[Application Example 8] The operation stop method according to Application Example 1,
The operation stopping method, wherein the predetermined raw material is a hydrocarbon compound.
Application Example 9 An operation stop method for stopping operation of a fuel cell system including a hydrogen gas generation system that generates hydrogen gas by reforming a predetermined raw material, and a fuel cell that generates electric power using the generated hydrogen Because
In the hydrogen gas generation system and the fuel cell operation stop processing, an operation stop method comprising a water vapor purge step of supplying water vapor into the hydrogen gas generation system and discharging at least a part of the residual combustible material.
Application Example 10 A hydrogen gas generation system that generates hydrogen gas by reforming a predetermined raw material,
A reforming section for performing the reforming;
A steam supply section for supplying steam to the reforming section;
A hydrogen gas generation system comprising: a control unit that controls the water vapor supply unit so as to supply water vapor into the reforming unit in an operation stop process of the hydrogen gas generation system.

以上、本発明の種々の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができることはいうまでもない。   Although various embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and it goes without saying that various configurations can be adopted without departing from the spirit of the present invention.

実施例における燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the fuel cell system in an Example. 燃料電池システムの運転停止処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation stop process of a fuel cell system. 運転停止処理時のシステムの動作状況を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the operation | movement condition of the system at the time of a driving | operation stop process. 変形例としての運転停止処理のフローチャートである。It is a flowchart of the operation stop process as a modification. 水蒸気の供給圧力の設定方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the setting method of the supply pressure of water vapor | steam.

符号の説明Explanation of symbols

1…水タンク
2…原料タンク
3…蒸発器
4…改質ユニット
4p…圧力センサ
4t…温度センサ
5…シフト反応ユニット
7…コンプレッサ
8…制御ユニット
9…燃料電池
10,11,12…バルブ
13,14,15…切替弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Water tank 2 ... Raw material tank 3 ... Evaporator 4 ... Reforming unit 4p ... Pressure sensor 4t ... Temperature sensor 5 ... Shift reaction unit 7 ... Compressor 8 ... Control unit 9 ... Fuel cell 10,11,12 ... Valve 13, 14, 15 ... Switching valve

Claims (10)

所定の原料を改質して水素ガスを生成する水素ガス生成システムの運転を停止する運転停止方法であって、
該水素ガス生成システム内の残留可燃物と酸素との反応による過熱を回避可能な環境条件が成立したと判断される時点で、該水素ガス生成システム内に空気を供給し前記残留可燃物を強制排出する空気パージ工程を備える運転停止方法。
An operation stop method for stopping operation of a hydrogen gas generation system that reforms a predetermined raw material to generate hydrogen gas,
When it is determined that an environmental condition capable of avoiding overheating due to the reaction between the residual combustible material and oxygen in the hydrogen gas generation system is established, air is supplied into the hydrogen gas generation system to force the residual combustible material. An operation stop method including an air purge step for discharging.
請求項1記載の運転停止方法であって、
前記環境条件に関わらず、前記空気の供給前に、前記水素ガス生成システム内に水蒸気を供給し前記残留可燃物の少なくとも一部を強制排出する水蒸気パージ工程を備える運転停止方法。
The operation stop method according to claim 1,
Regardless of the environmental conditions, an operation stop method including a water vapor purge step of supplying water vapor into the hydrogen gas generation system and forcibly discharging at least a part of the residual combustible material before supplying the air.
請求項2記載の運転停止方法であって、
前記水蒸気は、飽和蒸気圧よりも低い圧力で供給される運転停止方法。
The operation stop method according to claim 2,
An operation stop method in which the water vapor is supplied at a pressure lower than a saturated vapor pressure.
請求項2記載の運転停止方法であって、
前記水素ガス生成システム内の温度または圧力の少なくとも一方に基づいて、前記水蒸気パージ工程から空気パージ工程への切り替えを行う運転停止方法。
The operation stop method according to claim 2,
An operation stop method for switching from the steam purge step to the air purge step based on at least one of temperature and pressure in the hydrogen gas generation system.
請求項2記載の運転停止方法であって、
前記水蒸気パージ工程、および空気パージ工程の完了後、前記システム内を減圧する工程を備える運転停止方法。
The operation stop method according to claim 2,
An operation stop method comprising a step of depressurizing the system after completion of the water vapor purge step and the air purge step.
請求項1記載の運転停止方法であって、
時間の経過とともに温度の低い空気を用いて前記空気パージ工程を行う運転停止方法。
The operation stop method according to claim 1,
The operation stop method which performs the said air purging process using low temperature air with progress of time.
請求項6記載の運転停止方法であって、
前記水素ガス生成システムは、改質のために前記原料を気化させる蒸発部を備え、
前記空気パージ工程は、該蒸発部で過熱された空気を供給し、その後、該蒸発部の運転を停止するとともにその余熱で昇温された空気を供給する工程である運転停止方法。
The operation stop method according to claim 6,
The hydrogen gas generation system includes an evaporation unit that vaporizes the raw material for reforming,
The air purging step is an operation stopping method in which the air heated by the evaporation unit is supplied, and then the operation of the evaporation unit is stopped and the air heated by the remaining heat is supplied.
請求項1記載の運転停止方法であって、
前記所定の原料は、炭化水素系化合物である運転停止方法。
The operation stop method according to claim 1,
The operation stopping method, wherein the predetermined raw material is a hydrocarbon compound.
所定の原料を改質して水素ガスを生成する水素ガス生成システムと、該生成された水素を用いて発電する燃料電池とを備える燃料電池システムの運転を停止する運転停止方法であって、
該水素ガス生成システムおよび燃料電池内の残留可燃物と酸素との反応による過熱を回避可能な環境条件が成立したと判断される時点で、空気を供給し前記残留可燃物を強制排出する空気パージ工程を備える運転停止方法。
An operation stop method for stopping operation of a fuel cell system comprising a hydrogen gas generation system that reforms a predetermined raw material to generate hydrogen gas, and a fuel cell that generates electric power using the generated hydrogen,
An air purge that supplies air and forcibly discharges the residual combustible material when it is determined that an environmental condition capable of avoiding overheating due to the reaction between the hydrogen gas generation system and the residual combustible material in the fuel cell and oxygen is established. An operation stop method comprising the steps.
所定の原料を改質して水素ガスを生成する水素ガス生成システムであって、
前記改質を行う改質部と、
該改質部に空気を供給する空気供給部と、
運転停止時に、前記改質部内の残留可燃物と酸素との反応による過熱を回避可能な環境条件が成立したと判断される時点で、該改質部内に空気を供給するよう前記空気供給部を制御する制御部とを備える水素ガス生成システム。
A hydrogen gas generation system for generating hydrogen gas by reforming a predetermined raw material,
A reforming section for performing the reforming;
An air supply unit for supplying air to the reforming unit;
The air supply unit is configured to supply air into the reforming unit when it is determined that an environmental condition capable of avoiding overheating due to a reaction between the residual combustible material in the reforming unit and oxygen is satisfied when the operation is stopped. A hydrogen gas generation system comprising a control unit for controlling.
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