JP2010260772A - 燃料改質装置及び燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料改質装置Rが、炭化水素を主成分とし且つ付臭剤である硫黄化合物を含む原燃料ガスを、硫黄化合物を吸着する常温吸着剤1aを用いて脱硫処理する脱硫器1と、脱硫器1によって脱硫処理された原燃料ガス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器3と、脱硫器1の上流側又は下流側に設けられて、脱硫器1に流入する又は脱硫器1から流出する原燃料ガスに含まれる水分レベルを検出する水分検出センサ6と、水分検出センサ6の検出結果に基づいて、脱硫器1の性能を判定する性能判定手段8とを備える。
【選択図】図1
Description
前記脱硫器によって脱硫処理された原燃料ガス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器と、
前記脱硫器の上流側又は下流側に設けられて、前記脱硫器に流入する又は前記脱硫器から流出する原燃料ガスに含まれる水分レベルを検出する水分検出センサと、
前記水分検出センサの検出結果に基づいて、前記脱硫器の性能を判定する性能判定手段とを備える点にある。
従って、脱硫器の性能を客観的に監視して、原燃料ガスに含まれる硫黄化合物による改質器の劣化を防止しながら、改質ガスの生成を行える燃料改質装置を提供できる。
そこで、本特徴構成では、水分検出センサが検出した水分レベルに応じて、脱硫器で脱硫処理した原燃料ガス量の積算値を換算し、その換算積算値が設定上限値以上になると脱硫器の性能が低下したと判定する。
前記原燃料ガスの流量の換算値の時間経過に伴う前記換算積算値が前記設定上限値以上になると前記脱硫器の性能が低下したと判定する点にある。
ところが、本特徴構成によれば、運転停止手段は、性能判定手段が脱硫器の性能が低下したと判定すると、脱硫器への原燃料ガスの供給を停止させる。つまり、燃料改質装置の運転を停止して、硫黄化合物を多く含んだ原燃料ガスが改質器に流入しないようにできる。その結果、改質器が硫黄化合物により劣化することを抑制できる。
前記性能判定手段が前記脱硫器の性能が低下したと判定すると、前記脱硫器への原燃料ガスの供給を停止させ、及び、電力変換器の動作を停止させる運転停止手段を備える点にある。
以下に図面を参照して第1実施形態の燃料改質装置及び燃料電池システムについて説明する。
図1は、燃料改質装置及び燃料電池システムの構成を示す機能ブロック図である。燃料改質装置R1(R)は、脱硫器1と、水蒸気生成器2と、改質器3と、一酸化炭素変成器4と、一酸化炭素除去器5とを備える。
CH4+H2O→CO+3H2
〔化2〕
CH4+2H2O→CO2+4H2
CO+H2O→CO2+H2
図2は、原燃料ガスの露点と脱硫剤による硫黄化合物の相対吸着量を示す図である。図3は、脱硫器の下流側での硫黄化合物の検出量の時間的変化を示す図である。
脱硫器1の性能が低下すると、脱硫処理できなかった硫黄化合物が脱硫器1をスリップして下流側で検出されることになる。つまり、図3は、脱硫器1の性能の低下度合いを客観的に検証するためのものである。従って、図3において、脱硫器1の下流側で検出される硫黄化合物が所定レベル以上にまで増加した場合、脱硫器1の耐用期間が過ぎたと判定できる。尚、脱硫剤1aとしてNa−X型のゼオライトを用いた。また、図3に示した実験結果は、脱硫器1において本来用いられるのよりも少ない量(1/100程度の量)の脱硫剤(Na−X型ゼオライト)を用いて、付臭剤としてのDMS(ジメチルスルフィド)を含む都市ガス(メタン)の脱硫処理を行ったものである。
本実施形態の燃料改質装置R1は、脱硫器1の上流側に設けられて、脱硫器1に流入する原燃料ガスに含まれる水分レベルを検出する水分検出センサ6と、水分検出センサ6の検出結果に基づいて、脱硫器1の性能を判定する性能判定手段8とを備える。水分検出センサ6は、露点計(例えば、静電容量式露点計など)を用いて実現できる。性能判定手段8は、制御部7の一機能として実現できる。
第2実施形態の燃料改質装置及び燃料電池システムは、水分検出センサ6が、脱硫器1の下流側に設けられている点で、第1実施形態の燃料改質装置及び燃料電池システムと異なっている。以下に、第2実施形態の燃料改質装置R2及び燃料電池システムS2について説明するが、第1実施形態の燃料改質装置R1及び燃料電池システムS1と同様の構成については説明を省略する。
脱硫剤1aの性能が高い状態では、脱硫器1に流入する原燃料ガスに含まれている硫黄化合物だけでなく水分も、脱硫剤1aによって吸着されて除去される。よって、脱硫剤1aの性能が高い状態では、脱硫器1から流出する脱硫処理済みの原燃料ガスに含まれている水分レベルは低くなる。ところが、脱硫剤1aの性能が低下すると、原燃料ガスに含まれている硫黄化合物及び水分の両方が、脱硫剤1aによって吸着され難くなるため、脱硫器1の下流側に設けた水分検出センサによって検出される水分レベルが高くなる。よって、性能判定手段8は、水分検出センサ6が検出した水分レベルが設定レベル以上であると、脱硫器1の性能が低下したと判定する。つまり、本実施形態では、脱硫器1による水分吸着限界を、脱硫器1による硫黄化合物吸着限界と捉えている。
<1>
脱硫器1に流入する原燃料ガスに含まれる水分レベルが非常に高い場合、脱硫器1に収容されている脱硫剤1aに大量の水分が付着して、脱硫器1の性能が比較的早く低下することも起こり得る。
そこで、上記第2実施形態において、水分検出センサ6を脱硫器1の上流側に設けて脱硫器1に流入する原燃料ガスに含まれる水分レベルを検出するように改変し、性能判定手段8が、水分レベルが設定レベル(水分レベルが非常に高い場合に対応する設定レベル)以上であると脱硫器1の性能が低下したと判定するようにしてもよい。この場合、水分検出センサ6を脱硫器1の上流側に設けた場合、上述したように脱硫器1の性能の判定指標とする上記設定レベルは比較的高い値に設定しておくことが必要である。つまり、多量の水分が脱硫器に流入した場合にはその時点で脱硫器の性能が失われるという考えに基づくものであり、上記設定レベルをこのような高い水分レベルに設定することが必要である。
このように、脱硫器1の性能の判定指標となる上記設定レベルは、水分検出センサ6を脱硫器1の上流側に設ける場合と下流側に設ける場合とで異なる値に設定することが好ましい。
上記実施形態では、露点計として静電容量式露点計を例示したが、例えば光学式、高分子式といった他の種類の露点計を用いてもよい。
上記実施形態では、常温吸着剤として、例えばX型ゼオライト、Y型ゼオライトなどを例示したが、原燃料ガスに含まれる硫黄化合物を常温で吸着可能であれば他の吸着剤を用いることもできる。
1a 脱硫剤(常温吸着剤)
3 改質器
6 水分検出センサ
8 性能判定手段
9 運転停止手段
11 燃料電池
13 電力変換器
P1 ポンプ
R(R1、R2) 燃料改質装置
S(S1、S2) 燃料電池システム
Claims (8)
- 炭化水素を主成分とし且つ付臭剤である硫黄化合物を含む原燃料ガスを、硫黄化合物を吸着する常温吸着剤を用いて脱硫処理する脱硫器と、
前記脱硫器によって脱硫処理された原燃料ガス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器と、
前記脱硫器の上流側又は下流側に設けられて、前記脱硫器に流入する又は前記脱硫器から流出する原燃料ガスに含まれる水分レベルを検出する水分検出センサと、
前記水分検出センサの検出結果に基づいて、前記脱硫器の性能を判定する性能判定手段とを備える燃料改質装置。 - 前記性能判定手段は、前記水分検出センサが検出した前記水分レベルに応じて換算される前記原燃料ガスの流量の換算積算値が設定上限値以上になると前記脱硫器の性能が低下したと判定する請求項1記載の燃料改質装置。
- 前記性能判定手段は、前記脱硫器へ流入する単位時間当たりの原燃料ガスの流量に、前記水分レベルが高くなるほど大きくなる関係にある換算係数を乗算して、単位時間当たりの原燃料ガスの流量の換算値を導出し、
前記原燃料ガスの流量の換算値の時間経過に伴う前記換算積算値が前記設定上限値以上になると前記脱硫器の性能が低下したと判定する請求項2記載の燃料改質装置。 - 前記水分検出センサは、前記脱硫器の上流側に設けられて、前記脱硫器に流入する原燃料ガスに含まれる水分レベルを検出する請求項2又は3記載の燃料改質装置。
- 前記水分検出センサは、前記脱硫器の下流側に設けられて、前記脱硫器から流出する原燃料ガスに含まれる水分レベルを検出する請求項1記載の燃料改質装置。
- 前記性能判定手段は、前記水分検出センサが検出した前記水分レベルが設定レベル以上であると、前記脱硫器の性能が低下したと判定する請求項5記載の燃料改質装置。
- 前記性能判定手段が前記脱硫器の性能が低下したと判定すると、前記脱硫器への原燃料ガスの供給を停止させる運転停止手段を備える請求項1〜6の何れか一項に記載の燃料改質装置。
- 請求項1〜7の何れか一項に記載の燃料改質装置と、前記燃料改質装置から供給される改質ガスを燃料として用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池で発電された電力の変換を行う電力変換器とを備え、
前記性能判定手段が前記脱硫器の性能が低下したと判定すると、前記脱硫器への原燃料ガスの供給を停止させ、及び、電力変換器の動作を停止させる運転停止手段を備える燃料電池システム。
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