JP2011090864A - Fuel cell system - Google Patents

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Hiroki Fujioka
弘樹 藤岡
Kunihiro Ukai
邦弘 鵜飼
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Panasonic Corp
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system, which determines, whether feed rates of raw material and water supplied from raw material and water supply parts to a hydrogen generation device are adequate. <P>SOLUTION: An operation control unit 16 has functions to operate a fuel cell 8 without following a change in power load for a preset period after generation of optional electricity of the fuel cell 8; operate a raw material supply unit 4 and a water supply unit 3 at preset instruction values; determine, when a temperature difference between a predicted reforming temperature predicted from the instruction values and a detected reforming temperature detected by a reforming temperature detection unit 24 is a predetermined temperature difference or more, that raw material corresponding to the preset instruction value is not supplied from the raw material supply unit 4 as instructed, or that water corresponding to the preset instruction value is not supplied from the water supply unit 3 as instructed; and further correct the feed rate of raw material corresponding to a raw material instruction value or the feed rate of water corresponding to a water instruction value, or the operation control unit has a function to externally output an alarm. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、化石原料等から一酸化炭素濃度の低い水素含有ガスを生成する水素生成装置を備えた燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system including a hydrogen generator that generates a hydrogen-containing gas having a low carbon monoxide concentration from a fossil raw material or the like.

分散型エネルギー供給源として、小型装置でも高効率な発電を可能とする燃料電池スタック(以下、単に「燃料電池」という)を用いた燃料電池システムの開発が進められている。燃料電池システムは、発電部の本体である燃料電池に、水素含有ガスと酸素含有ガスとを供給して、水素と酸素との電気化学反応を進行させて発生させた化学的なエネルギーを、電気的なエネルギーとして取り出して発電するシステムである。   Development of a fuel cell system using a fuel cell stack (hereinafter simply referred to as “fuel cell”) that enables high-efficiency power generation even with a small device as a distributed energy supply source is in progress. A fuel cell system supplies a hydrogen-containing gas and an oxygen-containing gas to a fuel cell, which is the main body of a power generation unit, and proceeds with an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen to generate chemical energy. This is a system that generates electricity by taking it out as natural energy.

一般的に、水素含有ガスはインフラストラクチャーから供給されていない。そこで、従来の燃料電池システムは、既存のインフラストラクチャーから供給される都市ガス又はLPG等を原料とし、Ru触媒やNi触媒を用いて600〜700℃の温度で水蒸気との改質反応させる改質部を備えた、水素生成装置が設けられている。なお、改質反応により得られる水素含有ガスには、通常、原料に由来する一酸化炭素が含まれ、その濃度が高いと、燃料電池の発電特性を低下させる。そこで、水素生成装置には、改質部の他に、200℃〜350℃の温度で一酸化炭素と水蒸気との変成反応を進行させて一酸化炭素を低減させる、Cu−Zn系触媒や貴金属系触媒を備える変成部、及び、100℃〜200℃の温度で一酸化炭素を選択的に酸化反応させてさらに一酸化炭素を低減させる、Ru触媒やPT触媒を備える選択酸化部等の反応部が設けられる。また、燃料電池システムの効率向上のため、燃料電池の発電時にアノードから排出される水素含有ガス(以下、「アノードオフガス」という)を水素生成装置で燃焼させ、改質反応に用いられることが多い。   In general, hydrogen-containing gas is not supplied from the infrastructure. Therefore, a conventional fuel cell system uses a city gas or LPG supplied from an existing infrastructure as a raw material, and reforms with a steam reaction at a temperature of 600 to 700 ° C. using a Ru catalyst or a Ni catalyst. A hydrogen generation apparatus having a section is provided. Note that the hydrogen-containing gas obtained by the reforming reaction usually contains carbon monoxide derived from the raw material, and when the concentration is high, the power generation characteristics of the fuel cell are degraded. Therefore, in addition to the reforming unit, the hydrogen generator has a Cu—Zn-based catalyst or a noble metal that reduces carbon monoxide by advancing a transformation reaction between carbon monoxide and water vapor at a temperature of 200 ° C. to 350 ° C. And a reaction section such as a selective oxidation section equipped with a Ru catalyst or a PT catalyst, which selectively reduces carbon monoxide by selectively oxidizing carbon monoxide at a temperature of 100 ° C. to 200 ° C. Is provided. Further, in order to improve the efficiency of the fuel cell system, a hydrogen-containing gas (hereinafter referred to as “anode off gas”) discharged from the anode during power generation of the fuel cell is often burned by a hydrogen generator and used for the reforming reaction. .

さて、水素生成装置は、上述のように、改質部、変成部、選択酸化部等で構成されており、定常時、過渡期において、一定量の水素及び一酸化炭素濃度の低い水素を生成するためには、各反応部における触媒の温度を一定範囲内に厳密に制御する必要がある。そこで、改質部、変成部、選択酸化部の下流側近傍に温度検出器を設置し、改質部においてはその温度検出器の検出温度に基づいて改質部の加熱量を増減、選択酸化部においてはその温度検出器の検出温度に基づいてその上流側に設けた冷却器の冷却量を増減することで各反応部の温度を適正に制御する構成がとられている(例えば、特許文献1参照)。また、変成部の温度検出器の検出温度に基づいて予熱蒸発器への水供給量を増減、あるいは、加熱部への燃焼用空気供給郎を増減することで変成部の温度を適正に制御する構成がとられている(例えば、特許文献2参照)。   As described above, the hydrogen generator is composed of a reforming unit, a shift unit, a selective oxidation unit, and the like, and generates a certain amount of hydrogen and hydrogen with a low carbon monoxide concentration in a steady state and a transitional period. In order to achieve this, it is necessary to strictly control the temperature of the catalyst in each reaction section within a certain range. Therefore, a temperature detector is installed near the downstream side of the reforming unit, the transformation unit, and the selective oxidation unit. In the reforming unit, the heating amount of the reforming unit is increased or decreased based on the temperature detected by the temperature detector, and the selective oxidation is performed. In the unit, the temperature of each reaction unit is appropriately controlled by increasing or decreasing the cooling amount of the cooler provided on the upstream side based on the temperature detected by the temperature detector (for example, Patent Documents). 1). Also, the temperature of the shift section is appropriately controlled by increasing or decreasing the amount of water supplied to the preheating evaporator or increasing or decreasing the combustion air supply to the heating section based on the temperature detected by the temperature detector of the shift section. The structure is taken (for example, refer patent document 2).

特開2001−180905号公報JP 2001-180905 A 特開2008−019159号公報JP 2008-0119159 A

しかしながら、水素生成装置に供給される原料供給部、水供給部の異常により、原料指示値、水指示値に対応する原料供給量、水供給量が水素生成装置に供給されなければ一定量の水素及び一酸化炭素濃度の低い水素を生成することはできない。また、原料に対する水の比率(スチームカーボン比(以下、「S/C」という))が小さくなると改質触媒上に炭素が析出し、水素生成装置の故障に繋がる。さらに、原料に対する水の比率(S/C
)が大きくなると低温時に水分が凝縮し、触媒が劣化し、水素生成装置の故障に繋がる。したがって、簡便でかつ速やかに各供給部からの供給量が適正であるかを把握できる水素生成装置の実現が望まれている。
However, due to an abnormality in the raw material supply unit and the water supply unit supplied to the hydrogen generator, the raw material instruction value, the raw material supply amount corresponding to the water instruction value, and the water supply amount are not supplied to the hydrogen generator. And it cannot produce hydrogen with low carbon monoxide concentration. Further, when the ratio of water to the raw material (steam carbon ratio (hereinafter referred to as “S / C”)) becomes small, carbon is deposited on the reforming catalyst, leading to failure of the hydrogen generator. Furthermore, the ratio of water to raw material (S / C
) Increases, moisture condenses at low temperatures, and the catalyst deteriorates, leading to failure of the hydrogen generator. Therefore, it is desired to realize a hydrogen generator that can easily and quickly grasp whether the supply amount from each supply unit is appropriate.

上記課題を解決するために、本発明の燃料電池システムでは、原料と水が供給されて改質反応により水素含有ガスを生成させる改質部と、改質部に原料供給量指示値に応じた原料を供給する原料供給部と、改質部に水供給量指示値に応じた水を供給する水供給部と、改質部により生成された水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を低減させる変成部と、変成部の温度を検出する変成温度検出部と、変成部で一酸化炭素濃度が低減された水素含有ガスと酸素含有ガスが供給されて発電し、電力供給先の電力負荷の変化に追従して発電する燃料電池と、変成部で一酸化炭素濃度が低減された水素含有ガスのうち燃料電池で消費されなかった残りの水素含有ガスを燃焼させて改質部の改質反応に必要な熱を供給する燃焼部と、変成温度検出部で検出される変成温度に基づいて原料供給部へ原料供給量指示値を出力すると共に水供給部へ水供給量指示値を出力する運転制御部とを備え、運転制御部は、燃料電池が有する任意の発電量を発電した後の予め設定される期間、燃料電池を電力負荷の変化に追従させず動作させ、原料供給部および水供給部を、予め設定される指示値で動作させ、指示値から予想される予想変成温度と、変成温度検出部で検出される検出変成温度との温度差が、所定温度差以上であれば、予め設定される指示値に対応する原料が、原料供給部から指示通りに供給されていない、または、予め設定される指示値に対応する水が、水供給部から指示通りに供給されていないと判断し、さらに、原料指示値に対応する原料供給量、または、水指示値に対応する水供給量を補正する機能を持ってなる、または、アラームを外部出力する機能を持ってなる構成とする。   In order to solve the above problems, in the fuel cell system of the present invention, a reforming unit that supplies raw material and water to generate a hydrogen-containing gas by a reforming reaction, and the reforming unit according to the raw material supply amount instruction value A raw material supply unit that supplies the raw material, a water supply unit that supplies water to the reforming unit according to the water supply amount instruction value, and a modification that reduces the concentration of carbon monoxide in the hydrogen-containing gas generated by the reforming unit. And a transformation temperature detection unit for detecting the temperature of the transformation unit, and a hydrogen-containing gas and an oxygen-containing gas having a reduced carbon monoxide concentration are supplied to the power generation unit to generate power and change the power load of the power supply destination. Necessary for the reforming reaction of the reforming unit by burning the remaining fuel-containing gas that was not consumed by the fuel cell among the fuel cell that generates power by following and the hydrogen-containing gas whose carbon monoxide concentration was reduced in the shift unit Detected by the combustor that supplies heat and the metamorphic temperature detector An operation control unit that outputs a raw material supply amount instruction value to the raw material supply unit based on the transformation temperature and outputs a water supply amount instruction value to the water supply unit, and the operation control unit includes an arbitrary power generation amount that the fuel cell has The fuel cell is operated without following the change in the power load for a preset period after the power is generated, and the raw material supply unit and the water supply unit are operated at the preset instruction values, and are predicted from the instruction values. If the temperature difference between the expected transformation temperature and the detected transformation temperature detected by the transformation temperature detection unit is equal to or greater than the predetermined temperature difference, the raw material corresponding to the preset instruction value is supplied from the raw material supply unit as instructed. It is determined that the water corresponding to the command value not set or set in advance is not supplied from the water supply unit as instructed, and further, the raw material supply amount corresponding to the material command value or the water command value Correct the water supply corresponding to Made with a function, or a configuration made with a function of external output an alarm.

本発明の燃料電池システムによれば、原料供給部、水供給部から水素生成装置に供給される原料供給量、水供給量が適正であるかを判断し、さらに原料指示値に対応する原料供給量、または、水指示値に対応する水供給量を補正することができる。その結果、一定量の水素及び一酸化炭素濃度の低い水素を生成することができる。また、原料供給部、水供給部から水素生成装置に供給される原料供給量、水供給量が異常であるかを判断し、アラームを外部出力することができる。その結果、水素生成装置の故障を未然に防ぐことができる。   According to the fuel cell system of the present invention, it is determined whether the raw material supply amount and the water supply amount supplied from the raw material supply unit and the water supply unit to the hydrogen generator are appropriate, and further, the raw material supply corresponding to the raw material indication value The water supply amount corresponding to the amount or the water indication value can be corrected. As a result, a certain amount of hydrogen and hydrogen with a low carbon monoxide concentration can be generated. Further, it is possible to determine whether the raw material supply amount and the water supply amount supplied from the raw material supply unit and the water supply unit to the hydrogen generator are abnormal, and an alarm can be output to the outside. As a result, failure of the hydrogen generator can be prevented in advance.

本発明の実施の形態1における燃料電池システムの概略構成図1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1における水素生成装置の特徴的な動作の1サイクルを模式的に示すフローチャートThe flowchart which shows typically 1 cycle of the characteristic operation | movement of the hydrogen generator in Embodiment 1 of this invention.

第1の発明は、原料と水が供給されて改質反応により水素含有ガスを生成させる改質部と、改質部に原料供給量指示値に応じた原料を供給する原料供給部と、改質部に水供給量指示値に応じた水を供給する水供給部と、改質部により生成された水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を低減させる変成部と、変成部の温度を検出する変成温度検出部と、変成部で一酸化炭素濃度が低減された水素含有ガスと酸素含有ガスが供給されて発電し、電力供給先の電力負荷の変化に追従して発電する燃料電池と、変成部で一酸化炭素濃度が低減された水素含有ガスのうち燃料電池で消費されなかった残りの水素含有ガスを燃焼させて改質部の改質反応に必要な熱を供給する燃焼部と、変成温度検出部で検出される変成温度に基づいて原料供給部へ原料供給量指示値を出力すると共に水供給部へ水供給量指示値を出力する運転制御部とを備え、運転制御部は、燃料電池が有する任意の発電量を発電した後の予め設定される期間、燃料電池を電力負荷の変化に追従させず動作させ、原料供給部およ
び水供給部を、予め設定される指示値で動作させ、指示値から予想される予想変成温度と、変成温度検出部で検出される検出変成温度との温度差が、所定温度差以上であれば、予め設定される指示値に対応する原料が、原料供給部から指示通りに供給されていない、または、予め設定される指示値に対応する水が、水供給部から指示通りに供給されていないと判断し、さらに、原料指示値に対応する原料供給量、または、水指示値に対応する水供給量を補正する機能を持ってなる、または、アラームを外部出力する機能を持ってなる構成とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a reforming unit that supplies a raw material and water to generate a hydrogen-containing gas by a reforming reaction, a raw material supply unit that supplies the reforming unit with a raw material according to a raw material supply amount instruction value, A water supply unit that supplies water according to a water supply amount instruction value to the mass part, a shift unit that reduces the concentration of carbon monoxide in the hydrogen-containing gas generated by the reforming unit, and a temperature of the shift unit are detected. A metamorphic temperature detection unit, a fuel cell that generates power by supplying a hydrogen-containing gas and an oxygen-containing gas whose carbon monoxide concentration has been reduced in the metamorphic unit, and generates power following changes in the power load of the power supply destination; A combustion section that burns the remaining hydrogen-containing gas that has not been consumed by the fuel cell among the hydrogen-containing gas whose carbon monoxide concentration has been reduced in the section, and supplies heat necessary for the reforming reaction of the reforming section; The amount of raw material supplied to the raw material supply unit based on the transformation temperature detected by the temperature detector An operation control unit that outputs the indicated value and outputs a water supply amount instruction value to the water supply unit, and the operation control unit is configured to perform fuel for a preset period after generating an arbitrary power generation amount of the fuel cell. The battery is operated without following the change in the power load, the raw material supply unit and the water supply unit are operated at preset instruction values, and the expected transformation temperature expected from the indication values and detected by the transformation temperature detection unit. If the temperature difference from the detected transformation temperature is equal to or greater than the predetermined temperature difference, the raw material corresponding to the preset instruction value is not supplied as instructed from the raw material supply unit, or the preset instruction value It is judged that the water corresponding to is not supplied as instructed from the water supply unit, and further has a function of correcting the raw material supply amount corresponding to the raw material instruction value or the water supply amount corresponding to the water instruction value. Or alarm external And made to have the ability to force made-up.

第2の発明は、特に、第1の発明の燃料電池システムにおいて、運転制御部は、燃料電池が有する任意の発電量を発電した後の予め設定される期間、燃料電池を電力負荷の変化に追従させず動作させ、原料供給部および水供給部を、予め設定される指示値で動作させ、指示値から予想される予想変成温度より、変成温度検出部で検出される検出変成温度の方が高い場合、予め設定される指示値に対応する原料が、原料供給部から多く供給されている、または、予め設定される指示値に対応する水が、水供給部から少なく供給されていると、または、指示値から予想される予想変成温度より、変成温度検出部で検出される検出変成温度の方が低い場合、予め設定される指示値に対応する原料が、原料供給部から少なく供給されている、または、予め設定される指示値に対応する水が、水供給部から多く供給されていると判断し、さらに、原料指示値に対応する原料供給量、または、水指示値に対応する水供給量を補正する機能を持ってなる、または、アラームを外部出力する機能を持ってなる構成とする。   According to a second aspect of the invention, in particular, in the fuel cell system of the first aspect of the invention, the operation control unit changes the fuel cell to a change in power load for a preset period after generating any amount of power generation that the fuel cell has. Operate without tracking, operate the raw material supply unit and the water supply unit with a preset instruction value, and the detected transformation temperature detected by the transformation temperature detection unit is higher than the expected transformation temperature expected from the instruction value. If it is high, a large amount of raw material corresponding to the preset instruction value is supplied from the raw material supply unit, or a small amount of water corresponding to the preset instruction value is supplied from the water supply unit, Alternatively, when the detected transformation temperature detected by the transformation temperature detection unit is lower than the expected transformation temperature expected from the indicated value, less raw material corresponding to the preset indicated value is supplied from the raw material supply unit. Or It is determined that a large amount of water corresponding to the specified instruction value is supplied from the water supply unit, and further, the raw material supply amount corresponding to the raw material instruction value or the water supply amount corresponding to the water instruction value is corrected. Or a function for outputting an alarm externally.

第3の発明は、特に、第1の発明の燃料電池システムにおいて、運転制御部は、燃料電池が有する任意の発電量を発電した後の予め設定される期間、燃料電池を電力負荷の変化に追従させず動作させ、原料供給部および水供給部を、予め設定される指示値で動作させ、指示値から予想される予想変成温度より、変成温度検出部で検出される検出変成温度の方が高い場合、原料供給部への指示値を減量し、水供給部への指示値を増量する、または、指示値から予想される予想変成温度より、変成温度検出部で検出される検出変成温度の方が低い場合、原料供給部への指示値を増量し、水供給部への指示値を減量する構成とする。   According to a third aspect of the invention, in particular, in the fuel cell system of the first aspect of the invention, the operation control unit causes the fuel cell to change the power load during a preset period after generating an arbitrary amount of power generated by the fuel cell. The detected transformation temperature detected by the transformation temperature detection unit is operated rather than the expected transformation temperature expected from the instruction value by operating the raw material supply unit and the water supply unit with the instruction values set in advance. If it is high, decrease the indicated value to the raw material supply unit and increase the indicated value to the water supply unit, or the detected transformation temperature detected by the transformation temperature detection unit from the expected transformation temperature expected from the indication value. If it is lower, the instruction value to the raw material supply unit is increased and the instruction value to the water supply unit is decreased.

第4の発明は、特に、第1の発明の燃料電池システムにおいて、運転制御部は、燃料電池が有する任意の発電量を発電した後の予め設定される期間、燃料電池を電力負荷の変化に追従させず動作させ、原料供給部および水供給部を、予め設定される指示値で動作させ、指示値から予想される予想変成温度より、変成温度検出部で検出される検出変成温度の方が高い場合、または、指示値から予想される予想変成温度より、変成温度検出部で検出される検出変成温度の方が低い場合、原料供給部からの原料供給量、または、水供給部からの水供給量が異常であると判断し、アラームを外部出力する機能を持ってなる構成とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in particular, in the fuel cell system of the first aspect, the operation control unit causes the fuel cell to change the power load during a preset period after generating an arbitrary amount of power generated by the fuel cell. Operate without tracking, operate the raw material supply unit and the water supply unit with a preset instruction value, and the detected transformation temperature detected by the transformation temperature detection unit is higher than the expected transformation temperature expected from the instruction value. If it is higher, or if the detected transformation temperature detected by the transformation temperature detection unit is lower than the expected transformation temperature expected from the indicated value, the raw material supply amount from the raw material supply unit or the water from the water supply unit It is determined that the supply amount is abnormal and has a function of outputting an alarm externally.

以下、図面を参照しながら、本発明による実施形態をより具体的に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described more specifically with reference to the drawings.

(実施の形態1)
〈燃料電池システムの構成〉
図1は、本発明に係る燃料電池システム100の実施の形態1を示す概略構成図である。
(Embodiment 1)
<Configuration of fuel cell system>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing Embodiment 1 of a fuel cell system 100 according to the present invention.

燃料電池システム100は、水素含有ガスを生成させる水素生成装置1と、水素生成装置1から供給された水素含有ガスを用いて発電を行う燃料電池8と、水素生成装置1から燃料電池8へ切換弁9Aを介して水素ガスを供給する水素ガス供給経路12と、燃料電池8で排出されるアノードオフガスを水素生成装置1の燃焼部2へ切換弁9Bを介して供給
するオフガス供給経路14とを備えている。切換弁9Aは燃料電池バイパス経路23により切換弁9Bに接続されている。なお、一般的な固体高分子型の燃料電池8と同等の構成なので、その他の構成の詳細な説明は省略する。
The fuel cell system 100 includes a hydrogen generator 1 that generates a hydrogen-containing gas, a fuel cell 8 that generates power using the hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen generator 1, and a switch from the hydrogen generator 1 to the fuel cell 8. Hydrogen gas supply path 12 for supplying hydrogen gas via valve 9A, and off-gas supply path 14 for supplying anode off-gas discharged from fuel cell 8 to combustion section 2 of hydrogen generator 1 via switching valve 9B I have. The switching valve 9A is connected to the switching valve 9B by the fuel cell bypass path 23. In addition, since it is a structure equivalent to the general solid polymer type fuel cell 8, detailed description of another structure is abbreviate | omitted.

水素生成装置1は、水素生成装置1に水を供給する水供給部3と、硫黄成分を含む炭化水素系の原料を通過させて、原料に含まれる硫黄成分を吸着して除去する脱硫部5と、脱硫部5を通過させた後の原料と水供給部3から供給される水とを用いて水素含有ガスを生成させる改質器22と、脱硫部5に供給される原料の流量(原料流量)を制御するための原料供給部4と、原料供給部4や水供給部3の動作を制御する運転制御部16とを備えている。   The hydrogen generator 1 includes a water supply unit 3 that supplies water to the hydrogen generator 1 and a desulfurization unit 5 that allows a hydrocarbon-based raw material containing a sulfur component to pass therethrough and adsorbs and removes the sulfur component contained in the raw material. A reformer 22 that generates a hydrogen-containing gas using the raw material after passing through the desulfurization unit 5 and the water supplied from the water supply unit 3, and the flow rate of the raw material supplied to the desulfurization unit 5 (raw material) A raw material supply unit 4 for controlling the flow rate) and an operation control unit 16 for controlling operations of the raw material supply unit 4 and the water supply unit 3.

改質器22は、螺旋状で、水供給部3から供給される水を蒸発させるとともに、原料と水蒸気の混合ガスを予熱する水蒸気発生部15と、原料と水蒸気との改質反応を進行させる改質部20と、改質部20で生成した水素含有ガス中の一酸化炭素と水蒸気とを変成反応させて、水素含有ガスの一酸化炭素濃度を低減させる変成部13を有している。また、変成部13を通過した後の水素含有ガス中に残留する一酸化炭素を、空気供給部19から変成部13を通過した後の水素含有ガスに供給される空気を用いて、主に酸化させて除去する選択酸化部17とを有している。改質部20にはRu系の改質触媒、変成部13にはCu−Zn系の変成触媒、選択酸化部17にはRu系の選択酸化触媒が設けられている。また、改質部20における改質触媒(あるいは水素含有ガス)の温度(反応温度)を検出する改質温度検出部21、変成部13における変成触媒(あるいは水素含有ガス)の温度(反応温度)を検出する変成温度検出部24を備えている。   The reformer 22 is spiral, evaporates the water supplied from the water supply unit 3, and advances the reforming reaction between the raw material and water vapor, and the water vapor generation unit 15 that preheats the mixed gas of the raw material and water vapor. The reforming unit 20 includes a shift unit 13 that performs a shift reaction of carbon monoxide and water vapor in the hydrogen-containing gas generated in the reforming unit 20 to reduce the carbon monoxide concentration of the hydrogen-containing gas. Further, the carbon monoxide remaining in the hydrogen-containing gas after passing through the shifter 13 is mainly oxidized using air supplied from the air supply unit 19 to the hydrogen-containing gas after passing through the shifter 13. And a selective oxidation portion 17 to be removed. The reforming section 20 is provided with a Ru-based reforming catalyst, the shift section 13 is provided with a Cu—Zn-based shift catalyst, and the selective oxidation section 17 is provided with a Ru-based selective oxidation catalyst. Further, a reforming temperature detection unit 21 that detects the temperature (reaction temperature) of the reforming catalyst (or hydrogen-containing gas) in the reforming unit 20, and the temperature (reaction temperature) of the shift catalyst (or hydrogen-containing gas) in the shift unit 13. Is provided with a metamorphic temperature detector 24 for detecting.

また、改質器22は、改質部20における改質反応に必要な反応熱を供給するための燃焼部2を備えている。燃焼部2は、加熱源となる燃焼ガスを燃焼させるバーナー、及び燃焼部2に燃料用空気を供給する、燃焼空気供給部となる燃焼ファン18を有している。燃焼部2で燃焼させる燃焼ガスは、水素ガス供給経路12から燃料電池バイパス経路23を介して、あるいは燃料電池8を経てオフガス供給経路14から燃焼部2に供給される。改質器22によって生成された水素含有ガスは、水素ガス供給経路12を介して燃料電池8に供給される。   The reformer 22 includes a combustion unit 2 for supplying reaction heat necessary for the reforming reaction in the reforming unit 20. The combustion unit 2 includes a burner that burns combustion gas that serves as a heating source, and a combustion fan 18 that serves as a combustion air supply unit that supplies fuel air to the combustion unit 2. Combustion gas burned in the combustion unit 2 is supplied to the combustion unit 2 from the hydrogen gas supply path 12 via the fuel cell bypass path 23 or via the fuel cell 8 from the off-gas supply path 14. The hydrogen-containing gas generated by the reformer 22 is supplied to the fuel cell 8 through the hydrogen gas supply path 12.

また、改質部20と水蒸気発生部15は、燃焼部2で発生させた燃焼排ガスから、内筒11の壁面を介して熱を供給される構成となっている。また、水蒸気発生部15は、中筒25の壁面を介して変成部13、選択酸化部17と熱交換が行われる構成となっている。なお、改質部20、変成部13及び選択酸化部17の構成において、一般的な構成と同様な構成部分についての図示、及び詳細な説明は省略する。   In addition, the reforming unit 20 and the steam generation unit 15 are configured to be supplied with heat from the flue gas generated in the combustion unit 2 through the wall surface of the inner cylinder 11. In addition, the water vapor generation unit 15 is configured to exchange heat with the transformation unit 13 and the selective oxidation unit 17 through the wall surface of the middle cylinder 25. In addition, in the structure of the modification part 20, the transformation part 13, and the selective oxidation part 17, the illustration about the same structure part as a general structure and detailed description are abbreviate | omitted.

脱硫部5に供給される炭化水素系の原料は、炭化水素等の少なくとも炭素及び水素元素から構成される有機化合物を含む原料であればよく、例えばメタンを主成分とする都市ガス、天然ガス、LPG等である。ここでは、原料の供給源として都市ガスのガスインフラライン6を用い、そのガスインフラライン6に脱硫部5が接続されている。脱硫部5は、上流側及び下流側に配置された脱硫接続部7に着脱可能な形状を有しており、脱硫部5の硫黄成分に対する吸着量が飽和して吸着特性が低下すると、新しい脱硫部5に交換できる構成となっている。本実施の形態における脱硫部5には、都市ガス中の付臭成分である硫黄化合物を吸着させる、ゼオライト系吸着除去剤が充填されている。また、脱硫接続部7は、原料の流通を制御する弁機能も有し、例えば構成に電磁弁が設けられる。なお、脱硫部5は、水添脱硫を用いた構成としてもよい。   The hydrocarbon-based raw material supplied to the desulfurization section 5 may be a raw material containing an organic compound composed of at least carbon and hydrogen elements such as hydrocarbons, for example, city gas mainly composed of methane, natural gas, LPG or the like. Here, a city gas gas infrastructure line 6 is used as a raw material supply source, and a desulfurization section 5 is connected to the gas infrastructure line 6. The desulfurization part 5 has a shape that can be attached to and detached from the desulfurization connection part 7 disposed on the upstream side and the downstream side. When the adsorption amount of the desulfurization part 5 with respect to the sulfur component is saturated and the adsorption characteristic is lowered, a new desulfurization is performed. It can be exchanged for part 5. The desulfurization section 5 in the present embodiment is filled with a zeolite-based adsorption / removal agent that adsorbs a sulfur compound, which is an odorous component in city gas. Moreover, the desulfurization connection part 7 also has a valve function which controls the distribution | circulation of a raw material, for example, an electromagnetic valve is provided in a structure. In addition, the desulfurization part 5 is good also as a structure using hydrodesulfurization.

水供給部3は、流量調節機能を有するポンプを有している。原料供給部4は、脱硫部5と改質器22とを接続する原料供給経路10に配置され、改質器22に供給される原料の
流量を制御することによって、ガスインフラライン6から脱硫部5に供給される原料の流量を制御している。なお、原料供給部4は、脱硫部5に供給される原料の流量を制御できればよく、原料供給部4の下流側に配置されていてもよい。本実施の形態では、原料供給部4はブースターポンプを有しており、例えば入力する電流パルス、入力電力等を制御することにより、脱硫部5に供給される原料の流量を調節する機能を有している。
The water supply unit 3 has a pump having a flow rate adjusting function. The raw material supply unit 4 is disposed in the raw material supply path 10 that connects the desulfurization unit 5 and the reformer 22, and controls the flow rate of the raw material supplied to the reformer 22, thereby desulfurizing unit from the gas infrastructure line 6. The flow rate of the raw material supplied to 5 is controlled. In addition, the raw material supply part 4 should just be able to control the flow volume of the raw material supplied to the desulfurization part 5, and may be arrange | positioned downstream of the raw material supply part 4. FIG. In the present embodiment, the raw material supply unit 4 has a booster pump, and has a function of adjusting the flow rate of the raw material supplied to the desulfurization unit 5 by controlling, for example, input current pulses, input power, and the like. is doing.

運転制御部16は、改質器22の水素含有ガスの運転動作を制御する制御部であり、ここでは、原料供給部4から改質器22に供給される原料の供給量、水供給部3から改質器22に供給される水の供給量などの制御、接続部7や切換弁9A、9Bなどの動作の制御を行う。また、燃料電池8の運転動作も制御する(詳細な動作説明は省略する)。なお、運転制御部16は、半導体メモリーやCPU等により、改質器22の運転動作シーケンス、原料積算流量など運転情報等を記憶し、状況に応じた適切な動作条件を演算し、かつ、水供給部3や原料供給部4等の運転に必要な構成に動作条件を指令する。
〈燃料電池システムの運転動作〉
次に、燃料電池システム100の起動動作、発電時の運転動作、及び停止動作を、水素生成装置1の動作を中心にして説明する。
The operation control unit 16 is a control unit that controls the operation of the hydrogen-containing gas in the reformer 22. Here, the supply amount of the raw material supplied from the raw material supply unit 4 to the reformer 22, the water supply unit 3. The amount of water supplied to the reformer 22 is controlled, and the operations of the connection unit 7 and the switching valves 9A and 9B are controlled. Further, the operation of the fuel cell 8 is also controlled (detailed explanation of the operation is omitted). The operation control unit 16 stores the operation information such as the operation sequence of the reformer 22, the raw material integrated flow rate, and the like using a semiconductor memory, a CPU, etc., calculates an appropriate operation condition according to the situation, and The operating conditions are commanded to the configuration necessary for the operation of the supply unit 3 and the raw material supply unit 4.
<Operation of fuel cell system>
Next, the start-up operation of the fuel cell system 100, the operation operation during power generation, and the stop operation will be described focusing on the operation of the hydrogen generator 1.

停止状態から水素生成装置1を起動させる場合、運転制御部16からの指令により、原料は原料供給部4から原料供給経路10を通して改質器22へ供給される。水蒸気発生部15、改質部20、変成部13、選択酸化部17を経た原料は、水素ガス供給経路12、燃料電池バイパス経路23を介してオフガス供給経路14から燃焼部2へ供給され、燃焼部2で着火されて改質器22の加熱が開始する。   When the hydrogen generator 1 is started from the stopped state, the raw material is supplied from the raw material supply unit 4 to the reformer 22 through the raw material supply path 10 according to a command from the operation control unit 16. The raw material that has passed through the steam generation unit 15, the reforming unit 20, the transformation unit 13, and the selective oxidation unit 17 is supplied from the off-gas supply path 14 to the combustion unit 2 via the hydrogen gas supply path 12 and the fuel cell bypass path 23, and burned. It is ignited in the part 2 and heating of the reformer 22 is started.

燃焼部2での加熱開始の後に、水供給部3を動作させて改質器22に水を供給し、水と原料との改質反応を開始させる。本実施の形態では、メタンを主成分とする都市ガス(13A)を原料とする。水供給部3からの水供給量は、都市ガスの平均分子式中の炭素原子数1モルに対して水蒸気が3モル程度になるように制御される(S/Cで3程度)。さらに、空気供給部19を動作させて改質器22に空気を供給する。空気供給部19からの空気供給量は、水素含有ガスに含まれる酸素量が一酸化炭素の約2倍のモル数となるよう制御される。改質器22では、改質部20で水蒸気改質反応、変成部13で変成反応、選択酸化部17で一酸化炭素の選択酸化反応を進行させる。この時、改質温度検出部21で検出される温度に基づいて、改質部20、変成部13,選択酸化部17が各反応に適した温度になるように、燃焼部2の燃焼を制御する。   After the start of heating in the combustion unit 2, the water supply unit 3 is operated to supply water to the reformer 22, and the reforming reaction between water and the raw material is started. In the present embodiment, city gas (13A) containing methane as a main component is used as a raw material. The amount of water supplied from the water supply unit 3 is controlled so that water vapor is about 3 moles per mole of carbon atoms in the average molecular formula of city gas (S / C is about 3). Further, the air supply unit 19 is operated to supply air to the reformer 22. The amount of air supplied from the air supply unit 19 is controlled so that the amount of oxygen contained in the hydrogen-containing gas is about twice the number of moles of carbon monoxide. In the reformer 22, a steam reforming reaction is progressed in the reforming unit 20, a shift reaction is performed in the shift unit 13, and a selective oxidation reaction of carbon monoxide is advanced in the selective oxidation unit 17. At this time, based on the temperature detected by the reforming temperature detection unit 21, the combustion of the combustion unit 2 is controlled so that the reforming unit 20, the conversion unit 13, and the selective oxidation unit 17 have temperatures suitable for each reaction. To do.

一酸化炭素濃度を所定濃度(本実施の形態では、ドライガスベースで20ppm以下)まで低減させた後、切換弁9A、9Bを動作させ、水素ガス供給経路12を通して水素含有ガスを燃料電池8に供給することで、燃料電池8において発電動作が行われる。また、燃料電池8で排出されるアノードオフガスは、オフガス供給経路14を通り、燃焼部2へ供給される。なお、発電運転の際には、運転制御部16は、改質温度検出部21の検出温度が所定温度となるよう、原料供給部4、水供給部3、空気供給部19、及び燃焼ファン18の動作を制御することで原料供給量、水供給量、空気供給量、燃焼空気供給量を制御する。   After the carbon monoxide concentration is reduced to a predetermined concentration (in this embodiment, 20 ppm or less on a dry gas basis), the switching valves 9A and 9B are operated, and the hydrogen-containing gas is supplied to the fuel cell 8 through the hydrogen gas supply path 12. By supplying the fuel cell 8, a power generation operation is performed. Further, the anode offgas discharged from the fuel cell 8 passes through the offgas supply path 14 and is supplied to the combustion unit 2. During the power generation operation, the operation control unit 16 causes the raw material supply unit 4, the water supply unit 3, the air supply unit 19, and the combustion fan 18 so that the temperature detected by the reforming temperature detection unit 21 becomes a predetermined temperature. The raw material supply amount, the water supply amount, the air supply amount, and the combustion air supply amount are controlled by controlling the operation.

燃料電池システム100の運転を停止させる場合、運転制御部16からの指令により、切換弁9A、9Bを動作させて、燃料電池8に供給している水素含有ガスを、燃料電池バイパス経路23を通して燃焼部2に供給する。その後、水供給部3と原料供給部4と空気供給部19の動作を停止させて、水と原料と空気の供給を停止させ、水素生成装置1の動作を停止させる。なお、水素生成装置1の停止動作には、切換弁9A、9Bを動作させて改質器22を封止する動作や、改質器22が降温して体積減少する量に相当する量の原料を供給する動作等の、改質器22内に外気の混入を極力防止する動作を併設して行うこと
が好ましい。
When stopping the operation of the fuel cell system 100, the switching valves 9A and 9B are operated according to a command from the operation control unit 16, and the hydrogen-containing gas supplied to the fuel cell 8 is combusted through the fuel cell bypass path 23. Supply to part 2. Thereafter, the operations of the water supply unit 3, the raw material supply unit 4, and the air supply unit 19 are stopped, the supply of water, the raw material, and the air is stopped, and the operation of the hydrogen generator 1 is stopped. The hydrogen generator 1 is stopped by operating the switching valves 9A and 9B to seal the reformer 22, or the amount of the raw material corresponding to the amount of the volume of the reformer 22 that is lowered and the volume is reduced. It is preferable to carry out an operation for preventing contamination of outside air as much as possible in the reformer 22, such as an operation for supplying the air.

次に、本発明の実施の形態1に係る水素生成装置1の特徴的な動作について、図1及び図2を参照しながら説明する。   Next, a characteristic operation of the hydrogen generator 1 according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG. 1 and FIG.

図2は、本発明の実施の形態1に係る水素生成装置1の特徴的な動作の1サイクルを模式的に示すフローチャートである。なお、実際には、燃料電池システム100の発電運転の際、例えば、図2に示す1サイクルの動作が断続することなく連続して実行される。   FIG. 2 is a flowchart schematically showing one cycle of the characteristic operation of the hydrogen generator 1 according to Embodiment 1 of the present invention. In practice, during the power generation operation of the fuel cell system 100, for example, the operation of one cycle shown in FIG. 2 is continuously performed without being intermittent.

さて、水素生成装置1において水素含有ガスの生成が開始されると、燃料電池システム100が備える運転制御部16は、電力負荷の変化に追従するよう水素含有ガスの生成量を制御する。具体的には、原料供給部4、水供給部3、空気供給部19、燃焼ファン18の動作を制御することで原料供給量、水供給量、空気供給量、燃焼空気供給量を制御し、電力負荷に応じた量の水素含有ガスを生成するとともに、改質温度検出部21の検出温度を所定温度に制御する。この動作に対して、本実施の形態1では、電力負荷の変化への追従制御を停止し(ステップS1)、追従制御停止の直前の電力負荷において固定発電運転を行う。このとき、運転制御部16は、電力負荷毎に予め設定されている指示値で、原料供給部4、水供給部3、空気供給部19、燃焼ファン18を動作させる(ステップS2)。ここで、各供給部の動作が正常であれば、各指示値1に対する各供給量1は同等である(指示値1=供給量1)。そして、変成温度検出部24で検出される変成温度が安定したときの変成温度Tを取得する(ステップS3)。 Now, when the production | generation of hydrogen containing gas is started in the hydrogen production | generation apparatus 1, the operation control part 16 with which the fuel cell system 100 is provided controls the production amount of hydrogen containing gas so that the change of an electric power load may be tracked. Specifically, the raw material supply amount, the water supply amount, the air supply amount, and the combustion air supply amount are controlled by controlling the operations of the raw material supply unit 4, the water supply unit 3, the air supply unit 19, and the combustion fan 18. An amount of hydrogen-containing gas corresponding to the electric power load is generated, and the temperature detected by the reforming temperature detector 21 is controlled to a predetermined temperature. In contrast to this operation, in the first embodiment, the follow-up control to the change in the power load is stopped (step S1), and the fixed power generation operation is performed at the power load immediately before the follow-up control is stopped. At this time, the operation control part 16 operates the raw material supply part 4, the water supply part 3, the air supply part 19, and the combustion fan 18 with the instruction value preset for every electric power load (step S2). Here, if the operation of each supply unit is normal, each supply amount 1 for each instruction value 1 is equivalent (instruction value 1 = supply amount 1). The metamorphic temperature detected by the shift temperature detection section 24 acquires the metamorphic T S when the stable (step S3).

そして、運転制御部16は、変成温度Tが運転制御部16の記憶部に予め設定される上限温度(各指示値1から予想される変成温度より所定値以上高い温度)T以上であるか否かを判定する(ステップS4A)。ここで、運転制御部16は、変成温度Tが運転制御部16の記憶部に予め設定される上限温度T以上ではないと判定した場合(ステップS4AでNO)、変成温度Tが運転制御部16の記憶部に予め設定される下限温度T(各指示値1から予想される変成温度より所定値以上低い温度)以下であるか否かを判定する(ステップS4B)。ここで、運転制御部16は、変成温度Tが運転制御部16の記憶部に予め設定される下限温度T以下ではないと判定した場合(ステップS4BでNO)、変成温度Tを再び取得する。 Then, the operation control unit 16 is a modified temperature T S is (higher temperature than a predetermined value than the metamorphic temperature predicted from the indicated value 1) upper temperature limit previously set in the storage unit of the operation control unit 16 T H or Whether or not (step S4A). Here, the operation control unit 16, when the shift temperature T S is determined not to be pre-set by the upper limit temperature T H than in the storage unit of the operation control unit 16 (NO at step S4A), metamorphic T S is operated It is determined whether or not the temperature is equal to or lower than a lower limit temperature T L (a temperature that is lower than the transformation temperature expected from each indication value 1 by a predetermined value) set in advance in the storage unit of the control unit 16 (step S4B). Here, the operation control unit 16, when the shift temperature T S is determined not below the lower limit temperature T L is previously set in the storage unit of the operation control unit 16 (NO in step S4B), a modified temperature T S again get.

一方、運転制御部16は、変成温度Tが運転制御部16の記憶部に予め設定される上限温度T以上であると判定した場合(ステップS4AでYES)、原料供給部4、水供給部3の少なくとも一方の指示値1に対して供給量1が供給されていない(指示値1≠供給量1)と判断し、さらに変成温度Tが運転制御部16の記憶部に予め設定される上限温度THH(各指示値1から予想される変成温度より所定値以上高い温度)以上であるか否かを判定する(ステップS5A)。ここで、運転制御部16は、変成温度Tが運転制御部16の記憶部に予め設定される上限温度THH以上であると判定した場合(ステップS5AでYES)、異常と判断し、アラームを出力する(ステップS6)。一方、運転制御部16は、変成温度Tが運転制御部16の記憶部に予め設定される上限温度THH以上ではないと判定した場合(ステップS5AでNO)、原料供給部4への指示値を下げ、原料供給量を減量、水供給部3への指示値を上げ、水供給量を増量する(ステップS7A)。ここで、原料供給部4からの原料供給量の減量は、予め設定される減量データに従い実行される。また、同様にして、水供給部3からの水供給量の増量も、予め設定される増量データに従い実行される。 On the other hand, the operation control unit 16, when the shift temperature T S is determined to be set in advance as the upper limit temperature T H than in the storage unit of the operation control unit 16 (YES at step S4A), the raw material supply section 4, the water supply determines that the supply amount 1 is not supplied to at least one of the instruction value 1 of part 3 (indicated value 1 ≠ supply amount 1) is set further metamorphic T S in advance in the storage unit of the operation control unit 16 It is determined whether the temperature is equal to or higher than an upper limit temperature T HH (a temperature higher than a predetermined transformation temperature expected from each indication value 1) (step S5A). Here, the operation control unit 16, when the shift temperature T S is determined to be set in advance as the upper limit temperature T HH than in the storage unit of the operation control unit 16 (YES at step S5A), it is determined as abnormal, the alarm Is output (step S6). On the other hand, the operation control unit 16, when the shift temperature T S is determined not to be pre-set by the upper limit temperature T HH than in the storage unit of the operation control unit 16 (NO at step S5A), an instruction to the raw material supply section 4 The value is decreased, the raw material supply amount is decreased, the instruction value to the water supply unit 3 is increased, and the water supply amount is increased (step S7A). Here, the reduction of the raw material supply amount from the raw material supply unit 4 is executed according to preset reduction data. Similarly, the increase in the amount of water supplied from the water supply unit 3 is also executed according to preset increase data.

そして、運転制御部16は、ステップS7Aにおいて原料供給部4からの原料が減量、水供給部3からの水供給量が増量された後、変成温度Tが運転制御部16の記憶部に予め設定される上限温度TH0(各指示値1から予想される変成温度より所定値以上高い温
度)以下ではないと判定した場合(ステップS8AでNO)、再び原料供給部4への指示値を下げ、原料供給量を減量、水供給部3への指示値を上げ、水供給量を増量する(ステップS7A)。一方、変成温度Tが運転制御部16の記憶部に予め設定される上限温度TH0以下であると判定した場合(ステップS8AでYES)、さらに、変成温度Tが運転制御部16の記憶部に予め設定される下限温度TLL以下であるか否かを判定する(ステップS9A)。ここで、運転制御部16は、変成温度Tが運転制御部16の記憶部に予め設定される下限温度TLL以下であると判定した場合(ステップS9AでYES)、異常と判断し、アラームを出力する(ステップS10)。一方、変成温度Tが運転制御部16の記憶部に予め設定される下限温度TLL以下ではないと判定した場合(ステップS9AでNO)、さらに、変成温度Tが運転制御部16の記憶部に予め設定される下限温度TL0以上かつ上限温度TH0以下であるか否かを判定する(ステップS11A)。ここで、運転制御部16は、変成温度Tが運転制御部16の記憶部に予め設定される下限温度TL0以上かつ上限温度TH0以下ではないと判定した場合(ステップS11AでNO)、原料供給部4への指示値を上げ、原料供給量を増量、水供給部3への指示値を下げ、水供給量を減量する(ステップS13A)。ここで、原料供給部4からの原料供給量の増量は、予め設定される増量データに従い実行される。また、同様にして、水供給部3からの水供給量の減量も、予め設定される減量データに従い実行される。そして、再び変成温度Tが運転制御部16の記憶部に予め設定される上限温度TH0以下であるか否かを判定する(ステップS8A)。一方、運転制御部16が、変成温度Tが運転制御部16の記憶部に予め設定される下限温度TL0以上かつ上限温度TH0以下であると判定した場合(ステップS11AでYES)、このときの原料供給部4、水供給部3への各指示値を供給量1における新指示値1と設定する(新指示値1≒供給量1)(ステップS12A)。
Then, the operation control unit 16, the raw material is reduced from the raw material supply section 4 in step S7A, after the water supply from the water supply unit 3 is increased, metamorphic T S in advance in the storage unit of the operation control unit 16 When it is determined that the temperature is not lower than the set upper limit temperature T H0 (a temperature higher than the expected transformation temperature from each indicated value 1 by a predetermined value or more) (NO in step S8A), the indicated value to the raw material supply unit 4 is lowered again. The raw material supply amount is decreased, the instruction value to the water supply unit 3 is increased, and the water supply amount is increased (step S7A). On the other hand, if the metamorphic T S is equal to or less than the upper limit temperature T H0 set in advance in the storage unit of the operation control unit 16 (YES at step S8A), further, metamorphic T S is stored in the operation control unit 16 It is determined whether or not the temperature is equal to or lower than a lower limit temperature T LL preset in the section (step S9A). Here, the operation control unit 16, when the shift temperature T S is equal to or less than the lower limit temperature T LL previously set in the storage unit of the operation control unit 16 (YES in step S9A), it is determined as abnormal, the alarm Is output (step S10). On the other hand, if the metamorphic T S is determined not below the lower limit temperature T LL it is previously set in the storage unit of the operation control unit 16 (NO in step S9A), further, metamorphic T S is stored in the operation control unit 16 It is determined whether or not the temperature is not less than the lower limit temperature T L0 and not more than the upper limit temperature T H0 preset in the section (step S11A). Here, the operation control unit 16, when the shift temperature T S is determined not to be the pre-set lower limit temperature T L0 or more and the upper limit temperature T H0 is less in the storage unit of the operation control unit 16 (NO in step S11A), The instruction value to the raw material supply unit 4 is increased, the raw material supply amount is increased, the instruction value to the water supply unit 3 is decreased, and the water supply amount is decreased (step S13A). Here, the increase in the raw material supply amount from the raw material supply unit 4 is executed according to preset increase data. Similarly, the reduction in the amount of water supplied from the water supply unit 3 is also executed according to preset reduction data. Then, equal to or lower than the upper limit temperature T H0 is set again metamorphic T S in advance in the storage unit of the operation control unit 16 (step S8A). On the other hand, if the operation control unit 16 determines that the metamorphic temperature T S is equal to or less than the lower limit temperature T L0 or more and the upper limit temperature T H0 is preset in the storage unit of the operation control unit 16 (YES in step S11A), the Each instruction value to the raw material supply unit 4 and the water supply unit 3 is set as a new instruction value 1 at the supply amount 1 (new instruction value 1≈supply amount 1) (step S12A).

一方、運転制御部16は、変成温度Tが運転制御部16の記憶部に予め設定される
下限温度T以下であると判定した場合(ステップS4BでYES)、原料供給部4、水供給部3の少なくとも一方の指示値1に対して供給量1が供給されていない(指示値1≠供給量1)と判断し、さらに変成温度Tが運転制御部16の記憶部に予め設定される下限温度TLL(各指示値1から予想される変成温度より所定値以上低い温度)以下であるか否かを判定する(ステップS5B)。ここで、運転制御部16は、変成温度Tが運転制御部16の記憶部に予め設定される下限温度TLL以下であると判定した場合(ステップS5BでYES)、異常と判断し、アラームを出力する(ステップS6)。一方、運転制御部16は、変成温度Tが運転制御部16の記憶部に予め設定される下限温度TLL以下ではないと判定した場合(ステップS5BでNO)、原料供給部4への指示値を上げ、原料供給量を増量、水供給部3への指示値を下げ、水供給量を減量する(ステップS7B)。ここで、原料供給部4からの原料供給量の増量は、予め設定される増量データに従い実行される。また、同様にして、水供給部3からの水供給量の減量も、予め設定される減量データに従い実行される。
On the other hand, the operation control unit 16, when the shift temperature T S is equal to or less than the lower limit temperature T L to advance is set in the storage unit of the operation control unit 16 (YES at step S4B), a raw material supply section 4, the water supply determines that the supply amount 1 is not supplied to at least one of the instruction value 1 of part 3 (indicated value 1 ≠ supply amount 1) is set further metamorphic T S in advance in the storage unit of the operation control unit 16 It is determined whether the temperature is lower than the lower limit temperature T LL (the temperature lower than the transformation temperature expected from each indicated value 1 by a predetermined value or more) (step S5B). Here, the operation control unit 16, when the shift temperature T S is equal to or less than the lower limit temperature T LL previously set in the storage unit of the operation control unit 16 (YES at step S5B), it is determined as abnormal, the alarm Is output (step S6). On the other hand, the operation control unit 16, when the shift temperature T S is not equal to or smaller than the preset is the lower limit temperature T LL in the storage unit of the operation control unit 16 (NO at step S5B), an instruction to the raw material supply section 4 The value is increased, the raw material supply amount is increased, the instruction value to the water supply unit 3 is decreased, and the water supply amount is decreased (step S7B). Here, the increase in the raw material supply amount from the raw material supply unit 4 is executed according to preset increase data. Similarly, the reduction in the amount of water supplied from the water supply unit 3 is also executed according to preset reduction data.

そして、運転制御部16は、ステップS7Bにおいて原料供給部4からの原料が増量、水供給部3からの水供給量が減量された後、変成温度Tが運転制御部16の記憶部に予め設定される下限温度TL0(各指示値1から予想される変成温度より所定値以上低い温度)以上ではないと判定した場合(ステップS8BでNO)、再び原料供給部4への指示値を上げ、原料供給量を増量、水供給部3への指示値を下げ、水供給量を減量する(ステップS7B)。一方、変成温度Tが運転制御部16の記憶部に予め設定される下限温度TL0以上であると判定した場合(ステップS8BでYES)、さらに、変成温度Tが運転制御部16の記憶部に予め設定される上限温度THH以上であるか否かを判定する(ステップS9B)。ここで、運転制御部16は、変成温度Tが運転制御部16の記憶部に予め設定される上限温度THH以上であると判定した場合(ステップS9BでYES)、異常と判断し、アラームを出力する(ステップS10)。一方、変成温度Tが運転制
御部16の記憶部に予め設定される上限温度THH以上ではないと判定した場合(ステップS9BでNO)、さらに、変成温度Tが運転制御部16の記憶部に予め設定される下限温度TL0以上かつ上限温度TH0以下であるか否かを判定する(ステップS11B)。ここで、運転制御部16は、変成温度Tが運転制御部16の記憶部に予め設定される下限温度TL0以上かつ上限温度TH0以下ではないと判定した場合(ステップS11BでNO)、原料供給部4への指示値を下げ、原料供給量を減量、水供給部3への指示値を上げ、水供給量を増量する(ステップS13B)。ここで、原料供給部4からの原料供給量の減量は、予め設定される減量データに従い実行される。また、同様にして、水供給部3からの水供給量の増量も、予め設定される増量データに従い実行される。そして、再び変成温度Tが運転制御部16の記憶部に予め設定される下限温度TL0以上であるか否かを判定する(ステップS8B)。一方、運転制御部16が、変成温度Tが運転制御部16の記憶部に予め設定される下限温度TL0以上かつ上限温度TH0以下であると判定した場合(ステップS11BでYES)、このときの原料供給部4、水供給部3への各指示値を供給量1における新指示値1と設定する(新指示値1≒供給量1)(ステップS12B)。
Then, the operation control unit 16, the raw material is increased from the raw material supply unit 4 at step S7B, after the water supply from the water supply unit 3 is reduced, metamorphic T S in advance in the storage unit of the operation control unit 16 When it is determined that the temperature is not higher than the set lower limit temperature T L0 (a temperature that is lower than the expected transformation temperature from each indication value 1 by a predetermined value or more) (NO in step S8B), the indication value to the raw material supply unit 4 is increased again. The raw material supply amount is increased, the instruction value to the water supply unit 3 is decreased, and the water supply amount is decreased (step S7B). On the other hand, if the metamorphic T S is determined to be the lower limit temperature T L0 or more in advance is set in the storage unit of the operation control unit 16 (YES at step S8B), further, metamorphic T S is stored in the operation control unit 16 It determines whether the upper limit temperature T HH or be pre-set to a section (step S9B). Here, the operation control unit 16, when the shift temperature T S is determined to be set in advance as the upper limit temperature T HH than in the storage unit of the operation control unit 16 (YES at step S9B), it is determined as abnormal, the alarm Is output (step S10). On the other hand, if the metamorphic T S is determined not to be pre-set by the upper limit temperature T HH than in the storage unit of the operation control unit 16 (NO at step S9B), further, metamorphic T S is stored in the operation control unit 16 It is determined whether the temperature is equal to or higher than a lower limit temperature T L0 and lower than an upper limit temperature T H0 set in advance in the section (step S11B). Here, the operation control unit 16, when the shift temperature T S is determined not to be the pre-set lower limit temperature T L0 or more and the upper limit temperature T H0 is less in the storage unit of the operation control unit 16 (NO in step S11B), The instruction value to the raw material supply unit 4 is lowered, the raw material supply amount is decreased, the instruction value to the water supply unit 3 is increased, and the water supply amount is increased (step S13B). Here, the reduction of the raw material supply amount from the raw material supply unit 4 is executed according to preset reduction data. Similarly, the increase in the amount of water supplied from the water supply unit 3 is also executed according to preset increase data. Then, it is again determined whether or not the transformation temperature T S is equal to or higher than a lower limit temperature T L0 preset in the storage unit of the operation control unit 16 (step S8B). On the other hand, if the operation control unit 16 determines that the metamorphic temperature T S is equal to or less than the lower limit temperature T L0 or more and the upper limit temperature T H0 is preset in the storage unit of the operation control unit 16 (YES in step S11B), the Each instruction value to the raw material supply unit 4 and the water supply unit 3 is set as a new instruction value 1 for the supply amount 1 (new instruction value 1≈supply amount 1) (step S12B).

このように、本実施の形態に係る水素生成装置1は、原料供給部4、水供給部3における指示値と供給量のずれを補正する点で、従来の水素生成装置1の動作と異なっている。   Thus, the hydrogen generator 1 according to the present embodiment differs from the operation of the conventional hydrogen generator 1 in that the deviation between the indicated value and the supply amount in the raw material supply unit 4 and the water supply unit 3 is corrected. Yes.

ここで、原料供給部4、水供給部3、空気供給部19、燃焼ファン18を各指示値1で動作させたとき、変成温度Tが指示値1から予想される変成温度より高くなる、あるいは低くなる理由を説明する(ステップS4A、ステップS4B)。 Here, the raw material supply section 4, the water supply unit 3, when the air supply unit 19, the combustion fan 18 is operated at the indicated value 1 becomes higher than the metamorphic temperature metamorphic T S is expected from the indicated value of 1, Or the reason for becoming low is demonstrated (step S4A, step S4B).

まず、変成温度Tが予想される変成温度より高くなる、あるいは低くなるとき、原料供給部4から供給される原料供給量が原料指示値に対して供給されていない、あるいは、水供給部3から供給される水供給量が水指示値に対して供給されていないことが考えられる。 First, metamorphic T S is higher than the metamorphic temperature expected, or when lower, not supplied to the raw material supply amount feedstock instruction value supplied from the raw material supply section 4, or the water supply unit 3 It is conceivable that the amount of water supplied from is not supplied to the water indication value.

ここで、空気供給部19から供給される空気供給量が空気指示値に対して供給されていなくても、空気指示値と空気供給量との差異が少量であれば、変成温度Tの温度変化には殆ど影響はない。それは、選択酸化部17における空気と一酸化炭素との反応は発熱反応であり、空気供給量により選択酸化部17の温度は多少変動するが、変成温度に比べると選択酸化温度は十分に低いからである。また、空気指示値と空気供給量との差異が多量(空気指示値>空気供給量)である場合は、選択酸化部17において空気と一酸化炭素との反応が低減され、一酸化炭素を除去できないため、燃料電池8が一酸化炭素により被毒され、発電運転の継続が不可能となる。また、空気指示値と空気供給量との差異が多量(空気指示値<空気供給量)である場合は、空気と一酸化炭素との反応は発熱反応であるため、選択酸化部17の温度は上昇し、一定温度を超えると、水素含有ガス中の水素がメタン化し、選択酸化部17の温度は過昇温する。したがって、この場合も水素生成装置1の運転、及び発電運転の継続が不可能となる。 Here, also an air supply amount supplied from the air supply unit 19 is not being supplied to the air indicated value, if the small amount of difference between the air indicated value and the air supply amount, the temperature of the shift temperature T S Change has little effect. The reaction between air and carbon monoxide in the selective oxidation unit 17 is an exothermic reaction, and the temperature of the selective oxidation unit 17 slightly varies depending on the air supply amount, but the selective oxidation temperature is sufficiently lower than the transformation temperature. It is. When the difference between the air indication value and the air supply amount is large (air indication value> air supply amount), the reaction between air and carbon monoxide is reduced in the selective oxidation unit 17 to remove carbon monoxide. Therefore, the fuel cell 8 is poisoned by carbon monoxide, and the power generation operation cannot be continued. When the difference between the air indication value and the air supply amount is large (air indication value <air supply amount), the reaction between the air and carbon monoxide is an exothermic reaction, so the temperature of the selective oxidation unit 17 is When the temperature rises and exceeds a certain temperature, hydrogen in the hydrogen-containing gas is methanated, and the temperature of the selective oxidation unit 17 is excessively raised. Therefore, also in this case, it is impossible to continue the operation of the hydrogen generator 1 and the power generation operation.

一方、燃焼ファン18の場合は、燃焼ファン空気供給量が燃焼ファン空気指示値に対して供給されているか否かを燃焼ファン電圧と燃焼ファン回転数との関係から確認することができるからである。なお、例えば、燃焼ファン18の上流側、あるいは、下流側に燃焼ファン空気流量計を設置し、燃焼ファン空気供給量が燃焼ファン空気指示値に対して供給されているかを確認してもよい。   On the other hand, in the case of the combustion fan 18, it can be confirmed from the relationship between the combustion fan voltage and the combustion fan rotational speed whether or not the combustion fan air supply amount is supplied with respect to the combustion fan air instruction value. . For example, a combustion fan air flow meter may be installed on the upstream side or the downstream side of the combustion fan 18 to check whether the supply amount of the combustion fan air is supplied with respect to the combustion fan air instruction value.

ところで、原料供給部4を原料指示値1、水供給部3を水指示値1で動作させたときの原料供給量が原料供給量1、水供給量が水供給量1より少量であったとき、変成温度は上昇する。これは、水蒸気発生部15へ供給される水供給量が減少するため、中筒25を介
して行われる水蒸気発生部15と変成部13との熱交換が抑制されるためである。また、変成部13の上流に位置する改質部20の温度が上昇するからである。これは、改質触媒上における原料と水の改質反応は吸熱反応であり、S/Cが低いほど吸熱反応が進行せず、吸熱量が小さくなるからである。
By the way, when the raw material supply unit 4 is operated at the raw material instruction value 1 and the water supply unit 3 is operated at the water instruction value 1, the raw material supply amount is 1, and the water supply amount is smaller than the water supply amount 1. The metamorphic temperature rises. This is because the amount of water supplied to the steam generation unit 15 is reduced, so that heat exchange between the steam generation unit 15 and the shift unit 13 performed via the middle cylinder 25 is suppressed. Moreover, it is because the temperature of the reforming part 20 located upstream of the transformation part 13 rises. This is because the reforming reaction of the raw material and water on the reforming catalyst is an endothermic reaction, and as the S / C is lower, the endothermic reaction does not proceed and the endothermic amount becomes smaller.

また、原料供給部4を原料指示値1、水供給部3を水指示値1で動作させたときの原料供給量が原料供給量1により多量で、水供給量が水供給量1であったとき、変成温度は上昇する。これは、原料供給量が増加することにより生成される水素含有ガスの発熱量が増加し、燃料電池8からのオフガスの発熱量が増加するからである。また、変成部13の上流に位置する改質部20の温度が上昇するからである。これは、改質触媒上における原料と水の改質反応は吸熱反応であり、S/Cが低いほど吸熱反応が進行せず、吸熱量が小さくなるからである。   Further, when the raw material supply unit 4 was operated at the raw material instruction value 1 and the water supply unit 3 was operated at the water instruction value 1, the raw material supply amount was larger than the raw material supply amount 1, and the water supply amount was 1. When the transformation temperature rises. This is because the calorific value of the hydrogen-containing gas produced by the increase in the raw material supply amount increases, and the calorific value of the off gas from the fuel cell 8 increases. Moreover, it is because the temperature of the modification | reformation part 20 located upstream of the metamorphic part 13 rises. This is because the reforming reaction of the raw material and water on the reforming catalyst is an endothermic reaction, and as the S / C is lower, the endothermic reaction does not proceed and the endothermic amount becomes smaller.

逆に原料供給部4を原料指示値1、水供給部3を水指示値1で動作させたときの原料供給量が原料供給量1、水供給量が水供給量1より多量であったとき、変成温度は下降する。これは、水蒸気発生部15へ供給される水供給量が増加するため、中筒25を介して行われる水蒸気発生部15と変成部13との熱交換が促進されるためである。また、変成部13の上流に位置する改質部20の温度が下降するからである。これは、改質触媒上における原料と水の改質反応は吸熱反応であり、S/Cが高いほど吸熱反応が進行し、吸熱量が大きくなるからである。   Conversely, when the raw material supply unit 4 is operated at the raw material instruction value 1 and the water supply unit 3 is operated at the water instruction value 1, the raw material supply amount is 1 and the water supply amount is larger than the water supply amount 1. The metamorphic temperature decreases. This is because the amount of water supplied to the steam generation unit 15 is increased, and heat exchange between the steam generation unit 15 and the shift unit 13 performed via the middle cylinder 25 is promoted. Moreover, it is because the temperature of the reforming part 20 located upstream of the transformation part 13 falls. This is because the reforming reaction of the raw material and water on the reforming catalyst is an endothermic reaction, and the higher the S / C, the more the endothermic reaction proceeds and the endothermic amount increases.

また、原料供給部4を原料指示値1、水供給部3を水指示値1で動作させたときの原料供給量が原料供給量1より少量で、水供給量が水供給量1であったとき、変成温度は下降する。これは、原料供給量が減少することにより生成される水素含有ガスの発熱量が減少し、燃料電池8からのオフガスの発熱量が減少するからである。また、変成部13の上流に位置する改質部20の温度が下降するからである。これは、改質触媒上における原料と水の改質反応は吸熱反応であり、S/Cが高いほど吸熱反応が進行し、吸熱量が大きくなるからである。   Further, when the raw material supply unit 4 was operated at the raw material instruction value 1 and the water supply unit 3 was operated at the water instruction value 1, the raw material supply amount was smaller than the raw material supply amount 1, and the water supply amount was the water supply amount 1. When the metamorphic temperature falls. This is because the calorific value of the hydrogen-containing gas produced by the decrease in the raw material supply amount decreases, and the calorific value of the off gas from the fuel cell 8 decreases. Moreover, it is because the temperature of the reforming part 20 located upstream of the transformation part 13 falls. This is because the reforming reaction of the raw material and water on the reforming catalyst is an endothermic reaction, and the higher the S / C, the more the endothermic reaction proceeds and the endothermic amount increases.

ここで、原料供給部4を原料指示値1、水供給部3を水指示値1で動作させたときの原料供給量が原料供給量1より少量、かつ、水供給量が水供給量1より少量であったときは、原料供給量、水供給量のどちらかが少量のときに比べると、変成温度は大きく変化しない。これは、原料供給量が減少することにより生成される水素含有ガスの発熱量が減少し、燃料電池8からのオフガスの発熱量が減少するが、水蒸気発生部15へ供給される水供給量が減少するため、中筒25を介して行われる水蒸気発生部15と変成部13との熱交換が抑制されるためである。また、同時に、変成部13の上流に位置する改質部20の温度が大きく下降しないからである。これは、原料供給量と水供給量とがともに減少するため、改質触媒上における原料と水の吸熱反応における吸熱量が小さくなるためである。   Here, when the raw material supply unit 4 is operated at the raw material instruction value 1 and the water supply unit 3 is operated at the water instruction value 1, the raw material supply amount is smaller than the raw material supply amount 1, and the water supply amount is smaller than the water supply amount 1. When the amount is small, the transformation temperature does not change significantly compared to when either the raw material supply amount or the water supply amount is small. This is because the calorific value of the hydrogen-containing gas produced by the decrease in the raw material supply amount decreases, and the calorific value of the off gas from the fuel cell 8 decreases, but the water supply amount supplied to the water vapor generating unit 15 decreases. This is because the heat exchange between the steam generation unit 15 and the transformation unit 13 performed via the middle cylinder 25 is suppressed. At the same time, the temperature of the reforming unit 20 located upstream of the transformation unit 13 does not drop greatly. This is because both the raw material supply amount and the water supply amount decrease, and the endothermic amount in the endothermic reaction between the raw material and water on the reforming catalyst becomes small.

逆に、原料供給部4を原料指示値1、水供給部3を水指示値1で動作させたときの原料供給量が原料供給量1より多量、かつ、水供給量が水供給量1より多量であったときは、原料供給量、水供給量のどちらかが多量のときに比べると、変成温度は大きく変化しない。これは、原料供給量が増加することにより生成される水素含有ガスの発熱量が増加し、燃料電池8からのオフガスの発熱量が増加するが、水蒸気発生部15へ供給される水供給量が増加するため、中筒25を介して行われる水蒸気発生部15と変成部13との熱交換が促進されるためである。また、同時に、変成部13の上流に位置する改質部20の温度が下降するからである。これは、原料供給量と水供給量とがともに増加するため、改質触媒上における原料と水の吸熱反応における吸熱量が大きくなるからである。   Conversely, when the raw material supply unit 4 is operated at the raw material instruction value 1 and the water supply unit 3 is operated at the water instruction value 1, the raw material supply amount is larger than the raw material supply amount 1, and the water supply amount is larger than the water supply amount 1. When the amount is large, the transformation temperature does not change much compared to when either the raw material supply amount or the water supply amount is large. This is because the calorific value of the hydrogen-containing gas generated by the increase in the raw material supply amount increases and the calorific value of the off gas from the fuel cell 8 increases, but the water supply amount supplied to the water vapor generation unit 15 This is because the heat exchange between the steam generation unit 15 and the transformation unit 13 performed through the middle cylinder 25 is promoted. At the same time, the temperature of the reforming unit 20 located upstream of the transformation unit 13 decreases. This is because both the raw material supply amount and the water supply amount increase, and the endothermic amount in the endothermic reaction between the raw material and water on the reforming catalyst increases.

なお、本実施の形態1では、変成温度Tの上限値をT、THH、TH0、下限値を
、TLL、TL0としたが、例えば、原料供給部4、水供給部3、空気供給部19、燃焼ファン18を各指示値1で動作させ、原料供給部4、水供給部3の少なくともどちらかの指示値(供給量)をずらしたとき、水素含有ガス中の水素量、一酸化炭素濃度、または、改質部20、変成部13、選択酸化部17の各触媒、あるいは改質器22の構造体等に例えば発電効率低下などの不具合を生じさせ得る原料指示値、水指示値を予め実験、シミュレーション等で算出しておき、原料供給部4、水供給部3をその原料指示値、水指示値で、空気供給部19、燃焼ファン18を指示値1で動作させ、安定した時の変成温度を上限値、下限値と設定してもよい。
In the first embodiment, the upper limit T H of the shift temperature T S, T HH, T H0 , the lower limit value T L, T LL, although a T L0, for example, the raw material supply section 4, the water supply When the unit 3, the air supply unit 19, and the combustion fan 18 are operated at each indicated value 1 and at least one of the indicated values (supply amounts) of the raw material supply unit 4 and the water supply unit 3 is shifted, The amount of hydrogen, the concentration of carbon monoxide, or the raw material instruction that may cause problems such as a reduction in power generation efficiency in the catalysts of the reforming unit 20, the shift unit 13, the selective oxidation unit 17, or the structure of the reformer 22, etc. Values and water instruction values are calculated in advance by experiments, simulations, etc., the raw material supply unit 4 and the water supply unit 3 are the raw material instruction values and water instruction values, and the air supply unit 19 and the combustion fan 18 are the instruction values 1 Set the transformation temperature when the operation is stable and the upper and lower limits. It may be.

次に、原料供給部4、水供給部3、空気供給部19、燃焼ファン18を各指示値1で動作させたとき、変成温度Tが指示値1から予想される変成温度より高くなる(T≧THH)、あるいは低くなる(T≦TLL)とき、異常と判断し、アラームを出力する理由を説明する(ステップS5A、ステップS5B)。 Next, the raw material supply section 4, the water supply unit 3, when the air supply unit 19, the combustion fan 18 is operated at the indicated value 1 becomes higher than the metamorphic temperature metamorphic T S is expected from the indicated value of 1 ( When T S ≧ T HH ) or becomes low (T S ≦ T LL ), the reason for determining that an abnormality has occurred and outputting an alarm will be described (steps S5A and S5B).

まず、原料供給部4、水供給部3、空気供給部19、燃焼ファン18を各指示値1で動作させたとき、変成温度Tが指示値1から予想される変成温度より高くなる(T≧THH)場合であるが、前述のとおり、原料供給部4、水供給部3の少なくともどちらかの指示値に対する供給量のずれによるS/Cの下降が考えられ、場合によっては、改質触媒上に炭素が析出する可能性があるからである。一方、原料供給部4、水供給部3、空気供給部19、燃焼ファン18を各指示値1で動作させたとき、変成温度Tが指示値1から予想される変成温度より低くなる(T≦TLL)場合であるが、前述のとおり、原料供給部4、水供給部3の少なくともどちらかの指示値に対する供給量のずれによるS/Cの上昇が考えられ、場合によっては、低温時に水素含有ガス中の水分が凝縮し、触媒が劣化する可能性があるからである。 First, the raw material supply section 4, the water supply unit 3, the air supply unit 19, when the combustion fan 18 is operated at the indicated value 1 becomes higher than the metamorphic temperature metamorphic T S is expected from the indicated value of 1 (T S ≧ T HH ), but as described above, a decrease in S / C due to a difference in supply amount with respect to the indicated value of at least one of the raw material supply unit 4 and the water supply unit 3 can be considered. This is because carbon may be deposited on the porous catalyst. On the other hand, the raw material supply section 4, the water supply unit 3, the air supply unit 19, when the combustion fan 18 is operated at the indicated value 1, metamorphic T S is lower than the metamorphic temperature expected from the indicated value of 1 (T S ≦ T LL ), but as described above, an increase in S / C due to a difference in supply amount with respect to the indicated value of at least one of the raw material supply unit 4 and the water supply unit 3 can be considered. This is because the water in the hydrogen-containing gas sometimes condenses and the catalyst may deteriorate.

なお、アラームを出力した場合、燃料電池8、および水素生成装置1の運転を停止すればよい。また、サービスメンテナンス会社と顧客宅の燃料電池8とをオンラインで接続し、アラーム出力時にサービスメンテナンス会社に通報するようにしてもよい。また、変成温度の上限値THH、下限値TLLを何通りか設定することで、軽度の異常であれば、サービスマンが故障部品を入手し顧客宅に出向くまでの期間、継続運転をしてもよい。もちろん、異常を監視した上で継続運転を行うため、安全性は確保できる。なお、ここではステップS5A、ステップ5Bについて説明したが、ステップS9A、ステップ9Bも同様の理由である。 When the alarm is output, the operation of the fuel cell 8 and the hydrogen generator 1 may be stopped. In addition, the service maintenance company and the fuel cell 8 at the customer's house may be connected online, and the service maintenance company may be notified when an alarm is output. Also, by setting several upper limit values T HH and lower limit values T LL for the transformation temperature, if there is a slight abnormality, the service engineer will continue to operate for a period of time until a faulty part is obtained and sent to the customer's home. May be. Of course, safety is ensured because continuous operation is performed after monitoring the abnormality. In addition, although step S5A and step 5B were demonstrated here, step S9A and step 9B are the same reasons.

次に、原料供給部4、水供給部3、空気供給部19、燃焼ファン18を各指示値1で動作させたとき、変成温度Tが指示値1から予想される変成温度より高くなるとき、原料指示値を下げ、水指示値を上げる、あるいは低くなるとき、原料指示値を上げ、水指示値を下げる理由を説明する(ステップS7A、ステップS7B)。 Next, the raw material supply section 4, the water supply unit 3, the air supply unit 19, when the combustion fan 18 is operated at the indicated value 1, when the shift temperature T S is higher than the metamorphic temperature predicted from the indicated value 1 The reason why the raw material instruction value is increased and the water instruction value is decreased when the raw material instruction value is decreased and the water instruction value is increased or decreased (steps S7A and S7B) will be described.

まず、変成温度Tが指示値1から予想される変成温度より高くなる場合、前述のとおりS/Cの下降が考えられる。よって、原料指示値を下げ、水指示値を上げることで、S/Cを上昇させ、S/Cは正常値と同等、あるいはそれに近づけるのである。このとき、同時に変成温度は下降する。逆に、変成温度Tが指示値1から予想される変成温度より低くなる場合、前述のとおりS/Cの上昇が考えられる。よって、原料指示値を上げ、水指示値を下げることで、S/Cを下降させ、S/Cは正常値と同等、あるいはそれに近づけるのである。このとき、同時に変成温度は上昇する。 First, if the transformer temperature T S is higher than the metamorphic temperature expected from the indicated value of 1 can be considered downward of the foregoing as S / C. Therefore, by lowering the raw material instruction value and increasing the water instruction value, the S / C is increased, and the S / C is equal to or close to the normal value. At this time, the metamorphic temperature simultaneously decreases. Conversely, if the metamorphic T S is lower than the metamorphic temperature expected from the indicated value of 1, it is considered elevated foregoing as S / C. Therefore, by increasing the raw material instruction value and lowering the water instruction value, the S / C is lowered, and the S / C is equal to or close to the normal value. At this time, the transformation temperature rises at the same time.

そして、変成温度が、予め設定した水素含有ガス中の水素量、一酸化炭素濃度、または、改質部20、変成部13、選択酸化部17の各触媒、あるいは改質器22の構造体等に不具合を生じさせない変成温度域であるTL0≦T≦TH0(ステップS11A、ステ
ップS11B)に到達したときの原料指示値、水指示値を、それぞれ原料供給量1、水供給量1に対する新原料指示値1、新水指示値1として新たに設定する(ステップS12A、ステップS12B)ことで、S/Cのずれを正常値と同等、あるいはそれに近い値に補正することができ、一定量の水素及び一酸化炭素濃度の低い水素を生成することができる。また、改質触媒上への炭素析出、及び、触媒上での水分の凝縮を防ぐことができ、水素生成装置1の故障を防止できる。
Then, the transformation temperature is set in advance to the amount of hydrogen in the hydrogen-containing gas, the carbon monoxide concentration, each catalyst of the reforming unit 20, the transformation unit 13, the selective oxidation unit 17, the structure of the reformer 22, or the like. The raw material instruction value and the water instruction value when T L0 ≦ T S ≦ T H0 (step S11A, step S11B), which is a transformation temperature range that does not cause a problem with respect to the raw material supply amount 1 and the water supply amount 1, respectively. By newly setting the new raw material instruction value 1 and the fresh water instruction value 1 (step S12A, step S12B), the S / C deviation can be corrected to a value equal to or close to the normal value, and a constant amount. And hydrogen with a low carbon monoxide concentration can be produced. Moreover, carbon deposition on the reforming catalyst and condensation of moisture on the catalyst can be prevented, and failure of the hydrogen generator 1 can be prevented.

なお、実施の形態1では、改質温度検出部21、選択酸化部17および空気供給部19を配置した構成としたが、これらを配置しない構成でもよく、適宜選択されていればよいことはいうまでもない。   In the first embodiment, the reforming temperature detection unit 21, the selective oxidation unit 17, and the air supply unit 19 are arranged. However, a configuration in which these are not arranged may be used and may be selected as appropriate. Not too long.

また、改質温度検出部21、あるいは、実施の形態1では設けていないが、選択酸化部17の温度を検出する選択酸化温度検出部等、将来センサーレス化が進んだ場合においても、変成温度検出部24で検出される変成温度により、原料供給部4、水供給部3からの原料供給量、水供給量が適正であるかを判断し、原料指示値に対応する原料供給量、水指示値に対応する水供給量を補正することができる、または、原料供給部4、水供給部3からの原料供給量、水供給量が異常であるかを判断し、アラームを外部出力することができるため、一定量の水素及び一酸化炭素濃度の低い水素を生成することができる。また、水素生成装置の故障を未然に防ぐことができることはいうまでもない。   Further, the reforming temperature is not provided in the reforming temperature detection unit 21 or the selective oxidation temperature detection unit that detects the temperature of the selective oxidation unit 17 or the like even in the future when the sensorless configuration is advanced. Based on the transformation temperature detected by the detection unit 24, it is determined whether the raw material supply amount and the water supply amount from the raw material supply unit 4 and the water supply unit 3 are appropriate, the raw material supply amount corresponding to the raw material instruction value, and the water instruction The water supply amount corresponding to the value can be corrected, or it is judged whether the raw material supply amount from the raw material supply unit 4 and the water supply unit 3 is abnormal, and an alarm is output to the outside. Therefore, a certain amount of hydrogen and hydrogen with a low carbon monoxide concentration can be generated. Needless to say, failure of the hydrogen generator can be prevented in advance.

本発明は、原料供給部、水供給部から水素生成装置に供給される原料供給量、水供給量が適正であるかを判断し、さらに原料指示値に対応する原料供給量、または、水指示値に対応する水供給量を補正することができ、一定量の水素及び一酸化炭素濃度の低い水素を生成することができる。また、原料供給部、水供給部から水素生成装置に供給される原料供給量、水供給量が異常であるかを判断し、アラームを外部出力することができ、水素生成装置の故障を未然に防ぐことができる燃料電池システムに有用である。   The present invention determines whether the raw material supply unit, the raw material supply amount supplied from the water supply unit to the hydrogen generator, and the water supply amount are appropriate, and further, the raw material supply amount corresponding to the raw material instruction value or the water instruction The amount of water supply corresponding to the value can be corrected, and a certain amount of hydrogen and hydrogen with a low carbon monoxide concentration can be produced. In addition, it is possible to judge whether the raw material supply amount and water supply amount supplied from the raw material supply unit and water supply unit to the hydrogen generator are abnormal, and an alarm can be output externally, so that the hydrogen generator failure can occur in advance. This is useful for a fuel cell system that can be prevented.

1 水素生成装置
2 燃焼部
3 水供給部
4 原料供給部
5 脱硫部
6 ガスインフラライン
7 脱硫接続部
8 燃料電池
9A、9B 切換弁
10 原料供給経路
11 内筒
12 水素ガス供給経路
13 変成部
14 オフガス経路
15 水蒸気発生部
16 運転制御部
17 選択酸化部
18 燃焼ファン
19 空気供給部
20 改質部
21 改質温度検出部
22 改質器
23 燃料電池バイパス経路
24 変成温度検出部
25 中筒
100 燃料電池システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hydrogen generator 2 Combustion part 3 Water supply part 4 Raw material supply part 5 Desulfurization part 6 Gas infrastructure line 7 Desulfurization connection part 8 Fuel cell 9A, 9B Switching valve 10 Raw material supply path 11 Inner cylinder 12 Hydrogen gas supply path 13 Metamorphic part 14 Off-gas path 15 Water vapor generation section 16 Operation control section 17 Selective oxidation section 18 Combustion fan 19 Air supply section 20 Reforming section 21 Reforming temperature detection section 22 Reformer 23 Fuel cell bypass path 24 Transformation temperature detection section 25 Middle cylinder 100 Fuel Battery system

Claims (4)

原料と水が供給されて改質反応により水素含有ガスを生成させる改質部と、
前記改質部に原料供給量指示値に応じた原料を供給する原料供給部と、
前記改質部に水供給量指示値に応じた水を供給する水供給部と、
前記改質部により生成された前記水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を低減させる変成部と、
前記変成部の温度を検出する変成温度検出部と、
前記変成部で一酸化炭素濃度が低減された前記水素含有ガスと酸素含有ガスが供給されて発電し、電力供給先の電力負荷の変化に追従して発電する燃料電池と、
前記変成部で一酸化炭素濃度が低減された前記水素含有ガスのうち前記燃料電池で消費されなかった残りの前記水素含有ガスを燃焼させて前記改質部の改質反応に必要な熱を供給する燃焼部と、
前記変成温度検出部で検出される変成温度に基づいて前記原料供給部へ前記原料供給量指示値を出力すると共に前記水供給部へ前記水供給量指示値を出力する運転制御部と
を備え、
前記運転制御部は、前記燃料電池が有する任意の発電量を発電した後の予め設定される期間、前記燃料電池を電力負荷の変化に追従させず動作させ、
前記原料供給部および前記水供給部を、予め設定される指示値で動作させ、
前記指示値から予想される予想変成温度と、
前記変成温度検出部で検出される検出変成温度との温度差が、
所定温度差以上であれば、
予め設定される指示値に対応する原料が、前記原料供給部から指示通りに供給されていない、
または、
予め設定される指示値に対応する水が、前記水供給部から指示通りに供給されていないと判断し、さらに、原料指示値に対応する原料供給量、または、水指示値に対応する水供給量を補正する機能を持ってなる、
または、
アラームを外部出力する機能を持ってなる燃料電池システム。
A reforming unit that is supplied with raw material and water and generates a hydrogen-containing gas by a reforming reaction;
A raw material supply unit that supplies the reforming unit with a raw material according to a raw material supply amount instruction value;
A water supply unit for supplying water according to a water supply amount instruction value to the reforming unit;
A metamorphic section that reduces the concentration of carbon monoxide in the hydrogen-containing gas produced by the reforming section;
A transformation temperature detection unit for detecting the temperature of the transformation unit;
A fuel cell that generates power by supplying the hydrogen-containing gas and the oxygen-containing gas with a reduced carbon monoxide concentration in the metamorphic section, and that generates power following a change in a power load of a power supply destination; and
The remaining hydrogen-containing gas that has not been consumed in the fuel cell among the hydrogen-containing gas whose carbon monoxide concentration has been reduced in the shift section is burned to supply heat necessary for the reforming reaction in the reforming section A combustion section to
An operation control unit that outputs the raw material supply amount instruction value to the raw material supply unit based on the conversion temperature detected by the conversion temperature detection unit and outputs the water supply amount instruction value to the water supply unit;
The operation control unit operates the fuel cell without following the change in the power load for a preset period after generating any power generation amount of the fuel cell,
The raw material supply unit and the water supply unit are operated with a preset instruction value,
An expected transformation temperature expected from the indicated value;
The temperature difference with the detected metamorphic temperature detected by the metamorphic temperature detector is
If it is more than the predetermined temperature difference,
The raw material corresponding to the preset instruction value is not supplied as instructed from the raw material supply unit,
Or
It is determined that the water corresponding to the preset instruction value is not supplied as instructed from the water supply unit, and further, the raw material supply amount corresponding to the raw material instruction value or the water supply corresponding to the water instruction value It has a function to correct the amount,
Or
A fuel cell system with a function to output alarms externally.
前記運転制御部は、前記燃料電池が有する任意の発電量を発電した後の予め設定される期間、前記燃料電池を電力負荷の変化に追従させず動作させ、
前記原料供給部および前記水供給部を、予め設定される指示値で動作させ、
前記指示値から予想される予想変成温度より、
前記変成温度検出部で検出される検出変成温度の方が高い場合、
予め設定される指示値に対応する原料が、前記原料供給部から多く供給されている、
または、
予め設定される指示値に対応する水が、前記水供給部から少なく供給されていると、
または、
前記指示値から予想される予想変成温度より、
前記変成温度検出部で検出される検出変成温度の方が低い場合、
予め設定される指示値に対応する原料が、前記原料供給部から少なく供給されている、
または、
予め設定される指示値に対応する水が、前記水供給部から多く供給されていると、
判断し、さらに、原料指示値に対応する原料供給量、または、水指示値に対応する水供給量を補正する機能を持ってなる、
または、
アラームを外部出力する機能を持ってなる請求項1に記載の燃料電池システム。
The operation control unit operates the fuel cell without following the change in the power load for a preset period after generating any power generation amount of the fuel cell,
The raw material supply unit and the water supply unit are operated with a preset instruction value,
From the expected transformation temperature expected from the indicated value,
When the detected transformation temperature detected by the transformation temperature detection unit is higher,
A large amount of raw materials corresponding to preset instruction values are supplied from the raw material supply unit,
Or
When a small amount of water corresponding to the preset instruction value is supplied from the water supply unit,
Or
From the expected transformation temperature expected from the indicated value,
When the detected transformation temperature detected by the transformation temperature detection unit is lower,
The raw material corresponding to the preset instruction value is supplied in a small amount from the raw material supply unit,
Or
When a large amount of water corresponding to the preset instruction value is supplied from the water supply unit,
Judging and further having a function of correcting the raw material supply amount corresponding to the raw material instruction value or the water supply amount corresponding to the water instruction value,
Or
The fuel cell system according to claim 1, which has a function of outputting an alarm externally.
前記運転制御部は、前記燃料電池が有する任意の発電量を発電した後の予め設定される期間、前記燃料電池を電力負荷の変化に追従させず動作させ、
前記原料供給部および前記水供給部を、予め設定される指示値で動作させ、
前記指示値から予想される予想変成温度より、
前記変成温度検出部で検出される検出変成温度の方が高い場合、
前記原料供給部への指示値を減量し、前記水供給部への指示値を増量する、
または、
前記指示値から予想される予想変成温度より、
前記変成温度検出部で検出される検出変成温度の方が低い場合、
前記原料供給部への指示値を増量し、前記水供給部への指示値を減量する、
請求項1に記載の燃料電池システム。
The operation control unit operates the fuel cell without following the change in the power load for a preset period after generating any power generation amount of the fuel cell,
The raw material supply unit and the water supply unit are operated with a preset instruction value,
From the expected transformation temperature expected from the indicated value,
When the detected transformation temperature detected by the transformation temperature detection unit is higher,
Decreasing the indicated value to the raw material supply unit and increasing the indicated value to the water supply unit,
Or
From the expected transformation temperature expected from the indicated value,
When the detected transformation temperature detected by the transformation temperature detection unit is lower,
Increase the instruction value to the raw material supply unit, decrease the instruction value to the water supply unit,
The fuel cell system according to claim 1.
前記運転制御部は、前記燃料電池が有する任意の発電量を発電した後の予め設定される期間、前記燃料電池を電力負荷の変化に追従させず動作させ、
前記原料供給部および前記水供給部を、予め設定される指示値で動作させ、
前記指示値から予想される予想変成温度より、
前記変成温度検出部で検出される検出変成温度の方が高い場合、
または、
前記指示値から予想される予想変成温度より、
前記変成温度検出部で検出される検出変成温度の方が低い場合、
前記原料供給部からの原料供給量、または、前記水供給部からの水供給量が異常であると判断し、アラームを外部出力する機能を持ってなる請求項1に記載の燃料電池システム。
The operation control unit operates the fuel cell without following the change in the power load for a preset period after generating any power generation amount of the fuel cell,
The raw material supply unit and the water supply unit are operated with a preset instruction value,
From the expected transformation temperature expected from the indicated value,
When the detected transformation temperature detected by the transformation temperature detection unit is higher,
Or
From the expected transformation temperature expected from the indicated value,
When the detected transformation temperature detected by the transformation temperature detection unit is lower,
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system has a function of judging that a raw material supply amount from the raw material supply unit or a water supply amount from the water supply unit is abnormal and outputting an alarm externally.
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