JP2012229137A - Hydrogen generating apparatus, fuel cell system and operation method of hydrogen generating apparatus - Google Patents

Hydrogen generating apparatus, fuel cell system and operation method of hydrogen generating apparatus Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydrogen generating apparatus, fuel cell system and operation method of hydrogen generating apparatus, which can reduce troubles of a reformer in a state where the concentration of oxygen is high in a raw material.SOLUTION: The hydrogen generating apparatus 100 includes: the reformer 1 for generating hydrogen-containing gas from the raw material by a reforming reaction; and a controller 5 for stopping the operation when the concentration of oxygen is a second state higher than a first state in the raw material.

Description

本発明は、水素生成装置、燃料電池システム及び水素生成装置の運転方法に関する。より詳しくは、原料を用いて水素含有ガスを生成する水素生成装置、これを備えた燃料電池システム及び水素生成装置の運転方法に関する。   The present invention relates to a hydrogen generator, a fuel cell system, and a method for operating the hydrogen generator. More specifically, the present invention relates to a hydrogen generator that generates a hydrogen-containing gas using raw materials, a fuel cell system including the hydrogen generator, and a method for operating the hydrogen generator.

燃料電池システムは、燃料電池スタック(以下、単に「燃料電池」という)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、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すことにより発電するシステムである。燃料電池システムは、発電効率が高いのみならず、発電時に発生する熱エネルギーも簡単に利用できる。このため燃料電池システムは、高いエネルギー利用効率を実現可能な分散型発電システムとして、開発が進められている。   A fuel cell system supplies a hydrogen-containing gas and an oxygen-containing gas to a fuel cell stack (hereinafter simply referred to as a “fuel cell”) to advance an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, thereby converting chemical energy into electricity. It is a system that generates electricity by taking it out as natural energy. The fuel cell system not only has high power generation efficiency, but also can easily use thermal energy generated during power generation. For this reason, the fuel cell system is being developed as a distributed power generation system capable of realizing high energy utilization efficiency.

一般的に、水素含有ガスの供給設備は整備されていないことが多い。このため従来の燃料電池システムには、水素生成装置が配設されている。典型的な水素生成装置は、既存のインフラストラクチャーから供給される、天然ガスを主成分とする都市ガスやLPG等を原料として、水素含有ガス(改質ガス)を生成する。このために水素生成装置は、例えば、原料中の硫黄成分を除去する脱硫部、Ru触媒やNi触媒を用いて600〜700℃の温度で水蒸気と改質反応させ、水素含有ガスを生成させる改質器を備える(例えば、特許文献1参照)。   In general, there are often no facilities for supplying hydrogen-containing gas. For this reason, hydrogen generators are provided in conventional fuel cell systems. A typical hydrogen generator generates a hydrogen-containing gas (reformed gas) using, as a raw material, city gas mainly composed of natural gas, LPG, or the like supplied from an existing infrastructure. For this purpose, the hydrogen generator is, for example, modified to generate a hydrogen-containing gas by performing a reforming reaction with steam at a temperature of 600 to 700 ° C. using a desulfurization section that removes sulfur components in the raw material, a Ru catalyst, or a Ni catalyst. A quality device is provided (for example, see Patent Document 1).

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る。一酸化炭素の濃度が高いと、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、改質器の他に、変成器や選択酸化器、メタン化除去器といった反応器が設けられることが多い。変成器は、Cu−Zn系触媒を備え、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。選択酸化器は、100℃〜200℃の温度で一酸化炭素を選択的に酸化反応させて更に一酸化炭素を低減させる。メタン化除去器は、一酸化炭素を選択的にメタン化させて低減させる。選択酸化器やメタン化除去器は選択除去器とも呼ばれる。   The hydrogen-containing gas obtained by the reforming reaction usually contains carbon monoxide derived from the raw material. When the concentration of carbon monoxide is high, the power generation characteristics of the fuel cell are degraded. Therefore, the hydrogen generator is often provided with a reactor such as a shifter, a selective oxidizer, and a methanation remover in addition to the reformer. The shifter includes a Cu—Zn-based catalyst, and reduces the carbon monoxide by causing a shift reaction between carbon monoxide and water vapor at a temperature of 200 ° C. to 350 ° C. The selective oxidizer selectively oxidizes carbon monoxide at a temperature of 100 ° C. to 200 ° C. to further reduce the carbon monoxide. The methanation remover selectively reduces carbon monoxide by selectively methanating it. A selective oxidizer or a methanation remover is also called a selective remover.

さて、原料には、酸素が一時的に混入されることがある。そこで、酸素を含むプロセスガス(例えば天然ガス、ピークシェービングガス、LPG など)の予備改質方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。   Now, oxygen may be temporarily mixed in the raw material. Thus, a preliminary reforming method for oxygen-containing process gas (for example, natural gas, peak shaving gas, LPG, etc.) has been proposed (for example, see Patent Document 2).

特開2003−183005号公報JP 2003-183005 A 特開2001−80907号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-80907

ここで、上記特許文献2記載のように、原料中の酸素濃度が相対的に高い状態であると、水素含有ガス中の水素と酸素との酸化反応に伴う発熱により、改質器の熱バランスが崩れ、改質器に不具合を生じうる。   Here, as described in Patent Document 2, when the oxygen concentration in the raw material is relatively high, the heat balance of the reformer is generated by the heat generated by the oxidation reaction between hydrogen and oxygen in the hydrogen-containing gas. Can break down and cause problems in the reformer.

本発明は、かかる課題を解決するものであり、原料中の酸素濃度が高い状態において改質器の不具合を従来よりも軽減できる水素生成装置、燃料電池システム及び水素生成装置の運転方法を提供することを目的とする。   The present invention solves such a problem, and provides a hydrogen generator, a fuel cell system, and an operation method of the hydrogen generator that can reduce the malfunction of the reformer in a state where the oxygen concentration in the raw material is high as compared with the conventional technology. For the purpose.

上記課題を解決するために、本発明の水素生成装置は、原料から改質反応により水素含有ガスを生成させる改質器と、原料中の酸素濃度が第1の状態よりも高い第2の状態であると運転を停止する制御器と、を備える。   In order to solve the above problems, a hydrogen generator of the present invention includes a reformer that generates a hydrogen-containing gas from a raw material by a reforming reaction, and a second state in which the oxygen concentration in the raw material is higher than the first state. And a controller for stopping the operation.

また、本発明の燃料電池システムは、上記水素生成装置と、前記水素生成装置より供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池とを備える。   The fuel cell system of the present invention includes the above hydrogen generator and a fuel cell that generates power using a hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen generator.

また、本発明の水素生成装置の運転方法は、原料中の酸素濃度が第1の状態よりも高い第2の状態であると運転を停止するステップを備える。   Moreover, the operating method of the hydrogen generator of the present invention includes a step of stopping the operation when the oxygen concentration in the raw material is in the second state higher than the first state.

本発明の水素生成装置、燃料電池システム及び水素生成装置の運転方法によれば、原料中の酸素濃度が高い状態において改質器の不具合を従来よりも軽減できる。   According to the hydrogen generator, the fuel cell system, and the operation method of the hydrogen generator of the present invention, the malfunction of the reformer can be reduced more than before in a state where the oxygen concentration in the raw material is high.

図1は、第1実施形態にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a schematic configuration of a hydrogen generator according to the first embodiment. 図2は、第1実施形態における水素生成装置の動作方法の一例を示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing an example of an operation method of the hydrogen generator in the first embodiment. 図3は、第2実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a schematic configuration of the fuel cell system according to the second embodiment.

(第1実施形態)
第1実施形態にかかる水素生成装置は、原料から改質反応により水素含有ガスを生成させる改質器と、原料中の酸素濃度が第1の状態よりも高い第2の状態であると運転を停止する制御器と、を備える。
(First embodiment)
The hydrogen generator according to the first embodiment operates when a reformer that generates a hydrogen-containing gas from a raw material by a reforming reaction and a second state in which the oxygen concentration in the raw material is higher than the first state. And a controller for stopping.

第1実施形態にかかる水素生成装置の運転方法は、改質器において原料から水素含有ガスを生成するステップと、原料中の酸素濃度が第1の状態よりも高い第2の状態であると運転を停止するステップを備える。   The operation method of the hydrogen generator according to the first embodiment includes a step of generating a hydrogen-containing gas from a raw material in a reformer, and an operation when the oxygen concentration in the raw material is in a second state higher than the first state. The step of stopping is provided.

かかる構成では、原料中の酸素濃度が高い状態において改質器の不具合を従来よりも軽減できる。   With such a configuration, the malfunction of the reformer can be reduced more than before when the oxygen concentration in the raw material is high.

「運転を停止する」とは、改質器における水素生成運転を停止することをいう。また、水素生成運転の停止は、改質器で改質反応の進行に必要な動作の少なくとも一つを停止することを意味する。例えば、改質器への反応原料の供給及び改質器の加熱動作の少なくともいずれか一方の停止を意味する。水蒸気改質反応の場合、反応原料は、原料及び水蒸気であり、オートサーマル反応の場合、反応原料は、原料、水蒸気及び空気であり、部分酸化反応の場合、反応原料は、原料及び空気である。   “Stopping the operation” means stopping the hydrogen generation operation in the reformer. Also, the stop of the hydrogen generation operation means that at least one of the operations necessary for the progress of the reforming reaction is stopped in the reformer. For example, it means stopping at least one of the supply of reaction raw materials to the reformer and the heating operation of the reformer. In the case of the steam reforming reaction, the reaction raw materials are the raw material and water vapor. In the case of the autothermal reaction, the reaction raw material is the raw material, water vapor and air. In the case of the partial oxidation reaction, the reaction raw material is the raw material and air. .

上記水素生成装置は、改質器の温度を検知する温度検知器を備え、制御器は、温度検知器の検知温度が、予め定められた上限温度以上であるときに、原料中の酸素濃度が第2の状態であると判断して、運転を停止するように構成されていてもよい。   The hydrogen generation apparatus includes a temperature detector that detects the temperature of the reformer, and the controller has an oxygen concentration in the raw material when the temperature detected by the temperature detector is equal to or higher than a predetermined upper limit temperature. It may be configured to determine that the state is the second state and stop the operation.

上記水素生成装置は、改質器の温度を検知する温度検知器を備え、制御器は、温度検知器の検知温度の単位時間当たりの上昇速度が、予め定められた上昇速度以上であるときに、原料中の酸素濃度が第2の状態であると判断して、運転を停止するように構成されていてもよい。   The hydrogen generation apparatus includes a temperature detector that detects the temperature of the reformer, and the controller is configured such that when the rate of increase in temperature detected by the temperature detector per unit time is equal to or higher than a predetermined rate of increase. The operation may be stopped by determining that the oxygen concentration in the raw material is in the second state.

[装置構成]
図1は、第1実施形態にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
[Device configuration]
FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a schematic configuration of a hydrogen generator according to the first embodiment.

図1に示す例では、本実施形態の水素生成装置100は、改質器1と、温度検知器3と、制御器5とを備えている。   In the example shown in FIG. 1, the hydrogen generator 100 of this embodiment includes a reformer 1, a temperature detector 3, and a controller 5.

以下、図1に示す例に含まれる各構成要素の構成例について説明する。   Hereinafter, a configuration example of each component included in the example illustrated in FIG. 1 will be described.

改質器1は、原料から改質反応により水素含有ガスを生成する。原料は、少なくとも炭素及び水素を構成元素とする有機化合物を含み、具体的には、天然ガス、都市ガス、LPG、LNG等の炭化水素、及びメタノール、エタノール等のアルコールが例示される。都市ガスとは、ガス会社から配管を通じて各家庭等に供給されるガスをいう。改質反応は、いずれの改質反応でもよく、具体的には、水蒸気改質反応、オートサーマル反応及び部分酸化反応が例示される。   The reformer 1 generates a hydrogen-containing gas from a raw material by a reforming reaction. The raw material contains at least an organic compound having carbon and hydrogen as constituent elements, and specific examples include natural gas, city gas, hydrocarbons such as LPG and LNG, and alcohols such as methanol and ethanol. City gas refers to gas supplied from a gas company to households through piping. The reforming reaction may be any reforming reaction, and specific examples include a steam reforming reaction, an autothermal reaction, and a partial oxidation reaction.

図1に例示するように、改質器1は、上記改質反応を進行するための熱を燃焼器2より供給されてもよい。燃焼器2の燃料には、少なくとも上記原料が用いられ、改質器1において水素含有ガスの生成が開始されると、水素含有ガスも燃料として利用される。   As illustrated in FIG. 1, the reformer 1 may be supplied with heat from the combustor 2 to advance the reforming reaction. At least the above raw materials are used as the fuel for the combustor 2, and when the generation of the hydrogen-containing gas is started in the reformer 1, the hydrogen-containing gas is also used as the fuel.

水素生成装置100は、原料中に含まれる酸素濃度の状態を検知する、酸素濃度状態検知器を備える。酸素濃度状態検知器は、原料中に含まれる酸素濃度の状態を検知可能であれば、いずれの検知器であっても構わない。ここで、酸素濃度の状態とは、原料中の酸素濃度値及び原料中の酸素濃度の相対的な高低状態の少なくともいずれか一方の意味として定義される。   The hydrogen generator 100 includes an oxygen concentration state detector that detects the state of the oxygen concentration contained in the raw material. The oxygen concentration state detector may be any detector as long as it can detect the state of the oxygen concentration contained in the raw material. Here, the state of oxygen concentration is defined as meaning at least one of an oxygen concentration value in the raw material and a relative high or low state of the oxygen concentration in the raw material.

酸素濃度状態検知器は、具体的には、水添脱硫器の温度を検出する第1温度検知器、改質器の温度を検知する第2温度検知器、原料の供給圧を検知する圧力検知器、原料供給経路10に設けられた酸素濃度検知器、及び水素供給経路11に設けられたアンモニア濃度検知器などが例示される。酸素濃度状態検知器は、制御器5に通信可能に接続され、酸素の濃度状態に関する情報を、制御器5へと送る。酸素の濃度状態に関する情報としては、水添脱硫器の温度、改質器の温度、及び酸素濃度などが例示される。   Specifically, the oxygen concentration state detector includes a first temperature detector that detects the temperature of the hydrodesulfurizer, a second temperature detector that detects the temperature of the reformer, and a pressure detector that detects the supply pressure of the raw material. An oxygen concentration detector provided in the raw material supply path 10 and an ammonia concentration detector provided in the hydrogen supply path 11 are exemplified. The oxygen concentration state detector is communicably connected to the controller 5 and sends information related to the oxygen concentration state to the controller 5. Examples of the information on the oxygen concentration state include a hydrodesulfurizer temperature, a reformer temperature, and an oxygen concentration.

第1温度検知器は、上述の通り、原料中の酸素と水添脱硫器に供給される水素含有ガス中の水素とが酸化反応した際の発熱の大きさを水添脱硫器の温度として検知する。制御器5は、第1温度検知器から取得した温度の大きさ及び温度の変化速度の少なくともいずれか一方に基づき、酸素濃度の相対的な高低状態を判定することができる。   As described above, the first temperature detector detects the magnitude of heat generated when the oxygen in the raw material and the hydrogen in the hydrogen-containing gas supplied to the hydrodesulfurizer undergo an oxidation reaction as the temperature of the hydrodesulfurizer. To do. The controller 5 can determine the relative high / low state of the oxygen concentration based on at least one of the magnitude of the temperature acquired from the first temperature detector and the change rate of the temperature.

第2温度検知器は、改質器に供給される原料中の酸素と改質器で生成した水素とが酸化反応した際の発熱の大きさを改質器の温度として検知する。制御器5は、第2温度検知器から取得した温度の大きさ及び温度の変化速度の少なくともいずれか一方に基づき、酸素濃度の相対的な高低状態を判定することができる。   The second temperature detector detects, as the temperature of the reformer, the magnitude of heat generation when oxygen in the raw material supplied to the reformer and hydrogen generated in the reformer undergo an oxidation reaction. The controller 5 can determine the relative high or low state of the oxygen concentration based on at least one of the magnitude of the temperature acquired from the second temperature detector and the rate of temperature change.

通常、ピークシェービングの実行前は原料供給圧が低下し、そして、ピークシェービング実行後に原料供給圧が低下する。制御器5は、圧力検知器により検知された上記圧力変化に基づき、ピークシェービングにより原料中の酸素濃度が高い状態にあると判定することができる。   Usually, the raw material supply pressure decreases before execution of peak shaving, and the raw material supply pressure decreases after execution of peak shaving. Based on the pressure change detected by the pressure detector, the controller 5 can determine that the oxygen concentration in the raw material is high by peak shaving.

酸素濃度検知器は、酸素濃度値自体を検知することができる。   The oxygen concentration detector can detect the oxygen concentration value itself.

アンモニア濃度検知器は、水素含有ガス中のアンモニア濃度を検知する。原料に酸素が混入されるとき、通常、原料に空気を混入するため、原料には酸素だけでなく窒素も混入される。原料に混入された窒素は、改質器1で生成した水素と反応し、アンモニアを生成する。従って、アンモニア濃度検知器から取得した濃度に基づき、酸素濃度の相対的な高低状態を判定することができる。   The ammonia concentration detector detects the ammonia concentration in the hydrogen-containing gas. When oxygen is mixed into the raw material, air is usually mixed into the raw material, so that not only oxygen but also nitrogen is mixed into the raw material. Nitrogen mixed in the raw material reacts with hydrogen generated in the reformer 1 to generate ammonia. Therefore, based on the concentration acquired from the ammonia concentration detector, it is possible to determine the relative level of the oxygen concentration.

温度検知器3は、改質器1に供給される原料中の酸素濃度の状態を検知するための温度検知器であって、酸素濃度状態検知器の一例である。温度検知器3は、原料中の酸素濃度の状態に応じた温度が検出可能な改質器1の所定の位置に配設されている。換言すれば、温度検知器3は、第2温度検知器の一例である。温度検知器3は、例えば、改質器1のうちの上流側の部分に配設される。これは、改質器1に流入した原料中の酸素は、改質器1のうちの上流側の部分において、その大半が水素との酸化反応により消費されるため、原料中の酸素濃度の状態に応じて改質器1の温度が変化しやすいからである。   The temperature detector 3 is a temperature detector for detecting the state of oxygen concentration in the raw material supplied to the reformer 1, and is an example of an oxygen concentration state detector. The temperature detector 3 is disposed at a predetermined position of the reformer 1 that can detect the temperature according to the state of the oxygen concentration in the raw material. In other words, the temperature detector 3 is an example of a second temperature detector. The temperature detector 3 is disposed, for example, in the upstream portion of the reformer 1. This is because oxygen in the raw material that has flowed into the reformer 1 is mostly consumed in the upstream portion of the reformer 1 due to an oxidation reaction with hydrogen, so the state of oxygen concentration in the raw material This is because the temperature of the reformer 1 is likely to change according to the above.

制御器5は、制御機能を有するものであればよく、演算処理部(図示せず)と、制御プログラムを記憶する記憶部(図示せず)とを備える。演算処理部としては、MPU、CPUが例示される。記憶部としては、メモリが例示される。制御器は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよく、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい(他の実施形態及びその変形例の制御器においても同様)。制御器5は、温度検知器3と通信可能に接続されている。   The controller 5 only needs to have a control function, and includes an arithmetic processing unit (not shown) and a storage unit (not shown) that stores a control program. Examples of the arithmetic processing unit include an MPU and a CPU. A memory is exemplified as the storage unit. The controller may be composed of a single controller that performs centralized control, or may be composed of a plurality of controllers that perform distributed control in cooperation with each other (in other embodiments and modifications thereof). The same applies to the controller). The controller 5 is communicably connected to the temperature detector 3.

水素生成装置100は、さらに、図示されない原料供給器を備える。   The hydrogen generator 100 further includes a raw material supplier that is not shown.

原料供給器は、改質器1に供給する原料の流量を調整する。原料供給器は、原料の流量を調整可能であればいずれの構成であってもよく、例えば、昇圧器及び流量調整弁の少なくともいずれか一方により構成される。   The raw material supplier adjusts the flow rate of the raw material supplied to the reformer 1. The raw material supplier may have any configuration as long as the flow rate of the raw material can be adjusted, and is configured by, for example, at least one of a booster and a flow rate adjustment valve.

水素生成装置100は、さらに、図示されない水蒸気供給器を備える。水蒸気供給器は、改質器1に水蒸気を供給する。水蒸気供給器は、蒸発器(図示せず)及び水供給器(図示せず)を備える。なお、改質器1における改質反応が部分酸化反応であるとき、水蒸気供給器は設けなくてもよい。   The hydrogen generator 100 further includes a water vapor supply device (not shown). The steam supplier supplies steam to the reformer 1. The water vapor supply device includes an evaporator (not shown) and a water supply device (not shown). In addition, when the reforming reaction in the reformer 1 is a partial oxidation reaction, the steam supply unit may not be provided.

なお、図1には示していないが、水素生成装置100は、改質器1の下流に一酸化炭素低減器を備えてもよい。一酸化炭素低減器は、改質器1で生成された水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を低減する。一酸化炭素低減器としては、変成器及び一酸化炭素除去器の少なくともいずれか一方が用いられる。変成器は、シフト反応により一酸化炭素を低減する。一酸化炭素除去器は、酸化反応及びメタン化反応の少なくともいずれか一方で一酸化炭素を低減する。   Although not shown in FIG. 1, the hydrogen generator 100 may include a carbon monoxide reducer downstream of the reformer 1. The carbon monoxide reducer reduces the concentration of carbon monoxide in the hydrogen-containing gas produced by the reformer 1. As the carbon monoxide reducer, at least one of a transformer and a carbon monoxide remover is used. The transformer reduces carbon monoxide by a shift reaction. The carbon monoxide remover reduces carbon monoxide in at least one of an oxidation reaction and a methanation reaction.

本実施の形態の水素生成装置100は、原料中の酸素濃度が第1の状態よりも高い第2の状態であると運転を停止する。   The hydrogen generator 100 according to the present embodiment stops operation when the oxygen concentration in the raw material is in the second state higher than the first state.

図2は、第1実施形態における水素生成装置の上記動作の一例を示すフローチャートである。以下、図2を参照しつつ、水素生成装置100の動作方法について説明する。   FIG. 2 is a flowchart showing an example of the above operation of the hydrogen generator in the first embodiment. Hereinafter, the operation method of the hydrogen generator 100 will be described with reference to FIG.

すなわち、水素生成装置100が酸素濃度の状態の判定動作を開始すると(スタート)、制御器5は、温度検知器3から受け取った情報に基づき、酸素濃度の状態が第2の状態であるか否かを判定する(ステップS101)。第1の状態とは、原料中の酸素濃度が、相対的に低い状態にあるときをいう。ここで、第2の状態とは、原料中の酸素濃度が第1の状態よりも相対的に高い状態をいう。また、第2の状態は、改質器における水素生成運転を継続することが困難な状態であり、例えば、水素生成運転を継続すると水素の酸化反応に伴う過昇温により改質器の構造体の耐熱温度及び改質触媒の耐熱温度の少なくともいずれか一方を超える酸素濃度として設定される。   That is, when the hydrogen generator 100 starts the determination operation of the oxygen concentration state (start), the controller 5 determines whether the oxygen concentration state is the second state based on the information received from the temperature detector 3. Is determined (step S101). The first state means when the oxygen concentration in the raw material is in a relatively low state. Here, the second state refers to a state in which the oxygen concentration in the raw material is relatively higher than that in the first state. The second state is a state in which it is difficult to continue the hydrogen generation operation in the reformer. For example, when the hydrogen generation operation is continued, the reformer structure is caused by an excessive temperature rise accompanying the oxidation reaction of hydrogen. Is set as an oxygen concentration exceeding at least one of the heat resistance temperature of the reforming catalyst and the heat resistance temperature of the reforming catalyst.

上記判定は、例えば、温度検知器3の検知温度が、予め定められた上限温度以上であるか否かにより行うことができる。この場合、該検知温度が上限温度以上の場合には第2の状態にあると判定され、上限温度未満の場合には第2の状態にない、つまり第1の状態にある、と判定される。上限温度は、原料中の酸素濃度が第2の状態であるときの温度として定義され、例えば、700℃としうる。   The above determination can be made, for example, based on whether or not the temperature detected by the temperature detector 3 is equal to or higher than a predetermined upper limit temperature. In this case, when the detected temperature is equal to or higher than the upper limit temperature, it is determined to be in the second state, and when it is lower than the upper limit temperature, it is determined not to be in the second state, that is, to be in the first state. . The upper limit temperature is defined as the temperature when the oxygen concentration in the raw material is in the second state, and may be, for example, 700 ° C.

原料中の酸素濃度の状態が、第1の状態であるとき、ステップS101の判定結果がNoとなり、制御器5は、水素生成装置100の運転を継続し(ステップS102)、判定動作を終了する(エンド)。   When the state of the oxygen concentration in the raw material is the first state, the determination result in step S101 is No, and the controller 5 continues the operation of the hydrogen generator 100 (step S102) and ends the determination operation. (End).

原料中の酸素濃度の状態が、第2の状態であるとき、ステップS101の判定結果はYesとなり、制御器5は、水素生成装置100の運転を停止し(ステップS103)、判定動作を終了する(エンド)。運転の停止においては、原料供給器(図示せず)、水供給器(図示せず)の動作が停止され、改質器での水素生成運転が停止される。   When the state of the oxygen concentration in the raw material is the second state, the determination result in step S101 is Yes, and the controller 5 stops the operation of the hydrogen generator 100 (step S103) and ends the determination operation. (End). In stopping the operation, the operations of the raw material supplier (not shown) and the water supplier (not shown) are stopped, and the hydrogen generation operation in the reformer is stopped.

また、水素生成装置100は、温度検知器3の検知温度の大きさで原料中の酸素濃度の状態を判定する形態に限らず、温度変化の速度に基づき原料中の酸素濃度の状態を検知する形態であっても構わない。すなわち、制御器5は、温度検知器の検知温度の単位時間当たりの上昇速度が、予め定められた上昇速度以上であるときに、原料中の酸素濃度が第2の状態であると判断して、運転を停止してもよい。これは、原料中の酸素濃度が変化すると、速やかに改質器1の温度変化として現れやすいからである。   Further, the hydrogen generator 100 is not limited to a mode in which the state of the oxygen concentration in the raw material is determined based on the magnitude of the temperature detected by the temperature detector 3, and detects the state of the oxygen concentration in the raw material based on the speed of temperature change. It may be a form. That is, the controller 5 determines that the oxygen concentration in the raw material is in the second state when the rising speed per unit time of the temperature detected by the temperature detector is equal to or higher than a predetermined rising speed. The operation may be stopped. This is because when the oxygen concentration in the raw material changes, it tends to appear as a temperature change of the reformer 1 quickly.

温度の上昇は、酸素濃度の上昇よりも遅れて生じる場合がある。温度の上昇速度を用いた判定により、温度そのものを用いた判定よりも迅速に酸素濃度上昇を検出しうる。温度の上昇速度を用いて判定を行う場合、制御器5は、図示されない計時器をさらに備える構成としうる。制御器5は、所定時間毎に温度検知器3の検知温度を受け取って記憶部に記憶し、単位時間当たりの温度の上昇速度を演算する。   The increase in temperature may occur later than the increase in oxygen concentration. By the determination using the temperature increase rate, the oxygen concentration increase can be detected more quickly than the determination using the temperature itself. When the determination is performed using the temperature increase rate, the controller 5 may further include a timer (not shown). The controller 5 receives the temperature detected by the temperature detector 3 every predetermined time, stores it in the storage unit, and calculates the rate of temperature increase per unit time.

または、水素生成装置100は、温度検知器3の検知温度の大きさ及び検知温度の変化速度に基づき原料中の酸素濃度の状態を検知する形態であっても構わない。   Alternatively, the hydrogen generator 100 may be configured to detect the state of the oxygen concentration in the raw material based on the magnitude of the temperature detected by the temperature detector 3 and the rate of change of the detected temperature.

(第2実施形態)
本実施形態にかかる燃料電池システムは、第1実施形態及びその変形例の水素生成装置のいずれか一つと、前記水素生成装置より供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池とを備える。
(Second Embodiment)
The fuel cell system according to this embodiment includes any one of the hydrogen generators according to the first embodiment and the modifications thereof, and a fuel cell that generates power using the hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen generator.

かかる構成では、原料中の酸素濃度が高い状態において改質器の不具合を従来よりも軽減できる。   With such a configuration, the malfunction of the reformer can be reduced more than before when the oxygen concentration in the raw material is high.

図3は、第2実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。第2実施形態の燃料電池システム200は、水素生成装置100に加え、燃料電池20を備える。   FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a schematic configuration of the fuel cell system according to the second embodiment. The fuel cell system 200 of the second embodiment includes a fuel cell 20 in addition to the hydrogen generator 100.

本実施形態の燃料電池システムにおいて、上記以外の構成は、第1実施形態及びその変形例の少なくともいずれか一方の水素生成装置と同様に構成することができる。よって、図3と図1とで共通する構成要素については、同一の符号及び名称を付して説明を省略する。   In the fuel cell system of the present embodiment, the configuration other than the above can be configured in the same manner as the hydrogen generator of at least one of the first embodiment and its modification. Therefore, about the component which is common in FIG. 3 and FIG. 1, the same code | symbol and name are attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

燃料電池20は、水素生成装置100より供給される水素含有ガスを用いて発電する。燃料電池20は、第1実施形態における水素利用機器に相当する。燃料電池20は、例えば、水素含有ガスを燃料ガス、別途供給される空気を酸化剤ガスとして用いることで、発電を行う。燃料電池20は、発電時に同時発生する熱を回収する熱回収機構を備えてもよい。   The fuel cell 20 generates power using the hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen generator 100. The fuel cell 20 corresponds to the hydrogen utilization device in the first embodiment. For example, the fuel cell 20 generates power by using a hydrogen-containing gas as a fuel gas and separately supplied air as an oxidant gas. The fuel cell 20 may include a heat recovery mechanism that recovers heat that is simultaneously generated during power generation.

燃料電池20としては、いずれの種類の燃料電池であってもよく、例えば、高分子電解質形燃料電池、固体酸化物形燃料電池またはりん酸形燃料電池等を用いることができる。   The fuel cell 20 may be any type of fuel cell, such as a polymer electrolyte fuel cell, a solid oxide fuel cell, or a phosphoric acid fuel cell.

本実施形態において原料中の酸素濃度の状態が第2の状態であるときの燃料電池システム200の動作は、第1実施形態と同様とすることができる。よって、詳細な説明を省略する。   In the present embodiment, the operation of the fuel cell system 200 when the oxygen concentration in the raw material is in the second state can be the same as that in the first embodiment. Therefore, detailed description is omitted.

なお、本実施の形態の燃料電池システム200では、第1実施形態におけるステップS103において、水素生成装置100の運転が停止されると共に、燃料電池20における発電も停止される。つまり、燃料電池システム200の運転が停止される。   In the fuel cell system 200 of the present embodiment, the operation of the hydrogen generator 100 is stopped and the power generation in the fuel cell 20 is also stopped in step S103 in the first embodiment. That is, the operation of the fuel cell system 200 is stopped.

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更できる。   From the foregoing description, many modifications and other embodiments of the present invention are obvious to one skilled in the art. Accordingly, the foregoing description should be construed as illustrative only and is provided for the purpose of teaching those skilled in the art the best mode of carrying out the invention. The details of the structure and / or function may be substantially changed without departing from the spirit of the invention.

本発明の水素生成装置、燃料電池システム及び水素生成装置の運転方法は、原料中の酸素濃度が高い状態において改質器の不具合を従来よりも軽減できる水素生成装置、燃料電池システム及び水素生成装置の運転方法として有用である。   The hydrogen generator, fuel cell system, and operation method of the hydrogen generator of the present invention are a hydrogen generator, a fuel cell system, and a hydrogen generator that can alleviate the problem of the reformer as compared with the conventional method when the oxygen concentration in the raw material is high. This is useful as a driving method.

1 改質器
2 燃焼器
3 温度検知器
5 制御器
10 原料供給経路
11 水素供給経路
20 燃料電池
100 水素生成装置
200 燃料電池システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reformer 2 Combustor 3 Temperature detector 5 Controller 10 Raw material supply path 11 Hydrogen supply path 20 Fuel cell 100 Hydrogen generator 200 Fuel cell system

Claims (5)

原料から改質反応により水素含有ガスを生成させる改質器と、
原料中の酸素濃度が第1の状態よりも高い第2の状態であると運転を停止する制御器と、を備える水素生成装置。
A reformer for generating a hydrogen-containing gas from a raw material by a reforming reaction;
And a controller that stops operation when the oxygen concentration in the raw material is in a second state higher than the first state.
前記改質器の温度を検知する温度検知器を備え、
前記制御器は、前記温度検知器の検知温度が、予め定められた上限温度以上であるときに、原料中の酸素濃度が前記第2の状態であると判断して、運転を停止するように構成されている、請求項1に記載の水素生成装置。
A temperature detector for detecting the temperature of the reformer,
When the temperature detected by the temperature detector is equal to or higher than a predetermined upper limit temperature, the controller determines that the oxygen concentration in the raw material is in the second state and stops the operation. The hydrogen generator according to claim 1, which is configured.
前記改質器の温度を検知する温度検知器を備え、
前記制御器は、前記温度検知器の検知温度の単位時間当たりの上昇速度が、予め定められた上昇速度以上であるときに、原料中の酸素濃度が前記第2の状態であると判断して、運転を停止するように構成されている、請求項1に記載の水素生成装置。
A temperature detector for detecting the temperature of the reformer,
The controller determines that the oxygen concentration in the raw material is in the second state when the rising speed per unit time of the temperature detected by the temperature detector is equal to or higher than a predetermined rising speed. The hydrogen generator according to claim 1, configured to stop operation.
請求項1〜3のいずれかに記載の水素生成装置と、前記水素生成装置より供給される水素含有ガス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。   A fuel cell system comprising: the hydrogen generator according to any one of claims 1 to 3; and a fuel cell that generates electric power using a hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen generator. 改質器において原料から水素含有ガスを生成するステップと、
原料中の酸素濃度が第1の状態よりも高い第2の状態であると運転を停止するステップを備える、水素生成装置の運転方法。
Generating a hydrogen-containing gas from the raw material in the reformer;
A method for operating a hydrogen generator, comprising a step of stopping the operation when the oxygen concentration in the raw material is in a second state higher than the first state.
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