JP2016132585A - Hydrogen generation device and fuel cell system therewith and operation method thereof - Google Patents

Hydrogen generation device and fuel cell system therewith and operation method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP2016132585A
JP2016132585A JP2015007373A JP2015007373A JP2016132585A JP 2016132585 A JP2016132585 A JP 2016132585A JP 2015007373 A JP2015007373 A JP 2015007373A JP 2015007373 A JP2015007373 A JP 2015007373A JP 2016132585 A JP2016132585 A JP 2016132585A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
temperature
hydrogen generator
environmental temperature
reformer
heater
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2015007373A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
中嶋 知之
Tomoyuki Nakajima
知之 中嶋
貴広 楠山
Takahiro Kusuyama
貴広 楠山
千絵 原田
Chie Harada
千絵 原田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority to JP2015007373A priority Critical patent/JP2016132585A/en
Publication of JP2016132585A publication Critical patent/JP2016132585A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

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

Landscapes

  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydrogen generation device which can be extended its life by lowering a heating amount of a heater when environmental temperature is low, and a fuel cell system.SOLUTION: A hydrogen generation device 400 comprises: a reactor including a reformer 100 reforming raw materials containing hydrocarbons and producing hydrogen-containing gas; a heater 20 heating at least a part of the reactor; and a controller 300 controlling the heater 20 so that heating with a smaller heating amount than a case where the environmental temperature is relatively high when the environmental temperature is relatively low.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、水素含有ガスを生成する水素生成装置及びそれを備える燃料電池システムに関し、特に、起動方法に関するものである。   The present invention relates to a hydrogen generation apparatus that generates a hydrogen-containing gas and a fuel cell system including the same, and more particularly to a startup method.

小型装置でも高効率発電ができる燃料電池コージェネレーションシステム(以下、単に「燃料電池システム」という)は、分散型エネルギー供給源の発電装置として、開発が進められている。   Development of a fuel cell cogeneration system (hereinafter simply referred to as “fuel cell system”) capable of high-efficiency power generation even with a small device is being developed as a power generator for a distributed energy supply source.

この燃料電池システムは、発電部の本体として、燃料電池を備えている。この燃料電池としては、例えば、リン酸形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池、アルカリ水溶液形燃料電池、固体高分子形燃料電池、或いは、固体電解質形燃料電池等が用いられる。   This fuel cell system includes a fuel cell as a main body of the power generation unit. As this fuel cell, for example, a phosphoric acid fuel cell, a molten carbonate fuel cell, an alkaline aqueous fuel cell, a solid polymer fuel cell, a solid electrolyte fuel cell, or the like is used.

これらの燃料電池の内で、リン酸形燃料電池や固体高分子形燃料電池(略称、「PEFC」)は、発電運転の際の動作温度が比較的低いため、燃料電池システムを構成する燃料電池として好適に用いられる。特に、固体高分子形燃料電池は、リン酸形燃料電池と比べて電極触媒の劣化が少なく、かつ電解質の逸散が発生しないため、携帯用電子機器や電気自動車等の用途において特に適に用いられる。   Among these fuel cells, a phosphoric acid fuel cell and a polymer electrolyte fuel cell (abbreviated as “PEFC”) have a relatively low operating temperature during a power generation operation. Therefore, the fuel cells constituting the fuel cell system Is preferably used. In particular, solid polymer fuel cells are particularly suitable for applications such as portable electronic devices and electric vehicles because there is less deterioration of the electrode catalyst compared to phosphoric acid fuel cells and no electrolyte dissipation occurs. It is done.

さて、燃料電池の多く、例えば、リン酸形燃料電池や固体高分子形燃料電池は、発電運転の際に水素を燃料として用いる。しかし、それらの燃料電池において発電運転の際に必要となる水素の供給手段は、通常、インフラストラクチャとして整備されてはいない。   Many fuel cells, such as phosphoric acid fuel cells and polymer electrolyte fuel cells, use hydrogen as a fuel during power generation operation. However, the means for supplying hydrogen necessary for power generation operation in these fuel cells is not usually provided as an infrastructure.

従って、リン酸形燃料電池や固体高分子形燃料電池を備える燃料電池システムにより電力を得るためには、その燃料電池システムの設置場所において、燃料としての水素を生成する必要がある。このため、燃料電池システムは、通常、改質器を有する水素生成装置を備える。改質器では、一般的な原料インフラガスである都市ガス、天然ガス或いはLPGから水素含有ガスが、改質反応により生成される。   Therefore, in order to obtain electric power from a fuel cell system including a phosphoric acid fuel cell or a polymer electrolyte fuel cell, it is necessary to generate hydrogen as a fuel at the place where the fuel cell system is installed. For this reason, the fuel cell system usually includes a hydrogen generator having a reformer. In the reformer, a hydrogen-containing gas is generated by a reforming reaction from city gas, natural gas, or LPG which is a general raw material infrastructure gas.

改質反応としては、例えば、水蒸気改質反応が一般的に用いられている。この水蒸気改質反応では、原料となる都市ガス等と水蒸気とをNi系またはRu系等の貴金属系の改質触媒を用いて、600℃〜700℃程度の高温で反応させることにより、水素を主成分とした水素含有ガスが生成される。   For example, a steam reforming reaction is generally used as the reforming reaction. In this steam reforming reaction, hydrogen is produced by reacting raw material city gas or the like with water vapor at a high temperature of about 600 ° C. to 700 ° C. using a Ni-based or Ru-based noble metal-based reforming catalyst. A hydrogen-containing gas as a main component is generated.

水蒸気改質反応を安定かつ効率に行うには、供給原料の組成に適した量の水を供給する必要がある。例えば、メタン(CH4)やエタン(C26)が水蒸気改質されて水素と二酸化炭素とが生成される改質反応では、理論的には、1モルのメタンに対して必要な水の量は2モルである。また、1モルのエタンに対しては必要な水の量は4モルである。 In order to perform the steam reforming reaction stably and efficiently, it is necessary to supply an amount of water suitable for the composition of the feedstock. For example, in a reforming reaction in which methane (CH 4 ) or ethane (C 2 H 6 ) is steam reformed to generate hydrogen and carbon dioxide, theoretically, the water required for 1 mol of methane. Is 2 moles. Further, the amount of water required for 1 mol of ethane is 4 mol.

通常は、改質器への水の供給量が不足すると、供給原料中の炭素が析出する等の問題が生じることから、このような問題を防止すべく、原料の供給流量から算出された理論水量の1.5倍程度の水が改質器に供給されるように水供給流量が設定されている。そして、原料の供給流量に応じて水の供給流量が、所望の値になるよう、水素生成装置の運転が制御されている。   Usually, if the amount of water supplied to the reformer is insufficient, problems such as precipitation of carbon in the feedstock will occur, and the theory calculated from the feed flow rate of the feedstock will prevent such problems. The water supply flow rate is set so that about 1.5 times the amount of water is supplied to the reformer. The operation of the hydrogen generator is controlled so that the water supply flow rate becomes a desired value in accordance with the raw material supply flow rate.

また、改質器の水蒸気改質反応に必要な熱エネルギーは、改質器に設けた燃焼器の原料燃焼によって改質器に供給されている。起動時は、水素生成装置を通流したガスを直接、
燃焼器に戻して燃焼させ、燃料電池に水素含有ガスを供給している時は、燃料電池から排出される燃料オフガスを燃焼器で燃焼させる方法が一般的である。
Moreover, the heat energy required for the steam reforming reaction of the reformer is supplied to the reformer by the raw material combustion of the combustor provided in the reformer. At startup, the gas flowing through the hydrogen generator is directly
When the hydrogen-containing gas is supplied to the fuel cell after returning to the combustor and burning, a method of combusting the fuel off-gas discharged from the fuel cell with the combustor is common.

改質器は高温で作動させる必要があるため、改質器を所定の温度まで上昇させるのに時間がかかり、それが燃料電池システムの起動時間の大きな割合を占めている。   Since the reformer needs to be operated at a high temperature, it takes time to raise the reformer to a predetermined temperature, which accounts for a large percentage of the startup time of the fuel cell system.

燃料電池システムの起動時間を短縮するための手段として、起動時に燃焼器での原料燃焼開始からの時間経過に伴って、原料の流量を増加させ、改質器の温度を短時間に上昇させる方法が提案されている(例えば、特許文献1)。また、環境温度が低いほど、加熱器へのガス操作量を大きく設定し、運転を安定させる方法が提案されている(例えば、特許文献2)。   As a means for shortening the start-up time of the fuel cell system, a method of increasing the flow rate of the raw material and increasing the temperature of the reformer in a short time with the passage of time from the start of raw material combustion in the combustor at the time of start-up Has been proposed (for example, Patent Document 1). Further, a method has been proposed in which the gas operation amount to the heater is set to be larger and the operation is stabilized as the environmental temperature is lower (for example, Patent Document 2).

特開2008−69029号公報JP 2008-69029 A 特開2012−59559号公報JP 2012-59559 A

しかしながら、上記従来の構成では、改質器を所定の温度まで上昇させる時間を一定にする場合は、環境温度が低いほど加熱量を大きくする必要がある。そのため、環境温度が高い場合に比べ低い場合には、水素生成装置を形成する構造体のうち、加熱器によって直接加熱される部位と、外部への放熱量が大きくなる、間接的に加熱される部位との、温度差が大きくなるため、2部位の間にかかる応力が大きくなり、構造体へ大きな負荷がかかることによる破壊が起こるという課題を有していた。   However, in the above conventional configuration, when the time for raising the reformer to a predetermined temperature is made constant, it is necessary to increase the heating amount as the environmental temperature is lower. Therefore, when the environmental temperature is low compared to the case where the environmental temperature is high, the structure that forms the hydrogen generator is heated indirectly, with the portion directly heated by the heater and the heat radiation to the outside being increased. Since the temperature difference with the part becomes large, the stress applied between the two parts is increased, and there is a problem that the structure is broken due to a large load.

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、環境温度が低い場合、加熱量を小さくすることで、商品の耐久性を維持可能な、水素生成装置並びに燃料電池システムと、その運転方法を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described conventional problems, and provides a hydrogen generator, a fuel cell system, and an operation method thereof that can maintain the durability of a product by reducing the amount of heating when the environmental temperature is low. The purpose is to provide.

上記従来の課題を解決するために、本発明に係る水素生成装置は、炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器を含む反応器と、少なくとも前記反応器の一部を加熱する加熱器とを備え、前記加熱器が、環境温度が相対的に低い場合は、環境温度が相対的に高い場合よりも小さい加熱量で加熱することを特徴としたものである。   In order to solve the above-described conventional problems, a hydrogen generator according to the present invention includes a reactor including a reformer that reforms a raw material containing hydrocarbons to generate a hydrogen-containing gas, and at least one of the reactors. A heater that heats the portion, and when the ambient temperature is relatively low, the heater is heated with a smaller heating amount than when the ambient temperature is relatively high.

これによって、環境温度が低い場合、水素生成装置の昇温を伴う起動時において、加熱量を小さくすることで、水素生成装置構造体の直接加熱される部分の昇温速度を抑えることができ、間接的に加熱される部分との温度差を小さくすることができるため、応力を抑制することができる。   By this, when the environmental temperature is low, at the time of start-up with the temperature increase of the hydrogen generator, the heating rate can be suppressed by reducing the amount of heating, so that the portion of the hydrogen generator structure that is directly heated can be suppressed. Since the temperature difference with the part heated indirectly can be made small, stress can be suppressed.

本発明の水素生成装置によれば、環境温度が低い場合に水素生成装置の構造体にかかる応力を抑制し、構造体へのダメージを抑制することができる。その結果、水素生成装置の寿命を延ばすことができる。   According to the hydrogen generator of the present invention, when the environmental temperature is low, the stress applied to the structure of the hydrogen generator can be suppressed, and damage to the structure can be suppressed. As a result, the lifetime of the hydrogen generator can be extended.

本発明の実施の形態1に係る水素生成装置の構成の一例を示すブロック図The block diagram which shows an example of a structure of the hydrogen generator which concerns on Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1の実施例1にかかる水素生成装置における起動方法の一例を示すフローチャートThe flowchart which shows an example of the starting method in the hydrogen generator concerning Example 1 of Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1の実施例1にかかる水素生成装置の起動時における加熱量と環境温度との関係の一例を示す特性図The characteristic view which shows an example of the relationship between the heating amount at the time of starting of the hydrogen generator concerning Example 1 of Embodiment 1 of this invention, and environmental temperature 本発明の実施の形態1の実施例2にかかる水素生成装置の起動時における加熱量と環境温度との関係の一例を示す特性図The characteristic view which shows an example of the relationship between the amount of heating at the time of starting of the hydrogen generator concerning Example 2 of Embodiment 1 of this invention, and environmental temperature 本発明の実施の形態1の実施例3にかかる水素生成装置の起動時における加熱量と環境温度との関係の一例を示す特性図The characteristic view which shows an example of the relationship between the amount of heating at the time of starting of the hydrogen generator concerning Example 3 of Embodiment 1 of this invention, and environmental temperature 本発明の実施の形態1の実施例4にかかる水素生成装置における起動方法の一例を示すフローチャートThe flowchart which shows an example of the starting method in the hydrogen generator concerning Example 4 of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1の変形例1にかかる水素生成装置の構成の一例を示すブロック図The block diagram which shows an example of a structure of the hydrogen generator concerning the modification 1 of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る燃料電池システムの構成の一例を示すブロック図FIG. 3 is a block diagram showing an example of the configuration of a fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention. 本発明の実施の形態3に係る燃料電池システムの構成の一例を示すブロック図FIG. 3 is a block diagram showing an example of the configuration of a fuel cell system according to Embodiment 3 of the present invention.

第1の発明である水素生成装置は、炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器を含む反応器と、少なくとも前記反応器の一部を加熱する加熱器と、環境温度が相対的に低い場合は、環境温度が相対的に高い場合よりも小さい加熱量で加熱するように前記加熱器を制御する制御器と、を備えることを特徴とする。   A hydrogen generator according to a first aspect of the present invention includes a reactor including a reformer that reforms a raw material containing hydrocarbons to generate a hydrogen-containing gas, a heater that heats at least a part of the reactor, And a controller that controls the heater so that the heating is performed with a smaller heating amount when the environmental temperature is relatively low than when the environmental temperature is relatively high.

本発明の水素生成装置によれば、環境温度が低い場合は、加熱量を小さくすることにより、水素生成装置構造体の直接加熱される部分の昇温速度を抑えることができ、間接的に加熱される部分との温度差を小さくすることができるため、応力を抑制し、構造体へのダメージを抑制することができる。その結果、水素生成装置の寿命を延ばすことができる。   According to the hydrogen generator of the present invention, when the environmental temperature is low, the heating rate can be suppressed by reducing the heating amount, and the heating rate of the directly heated portion of the hydrogen generator structure can be suppressed indirectly. Since the temperature difference from the portion to be formed can be reduced, stress can be suppressed and damage to the structure can be suppressed. As a result, the lifetime of the hydrogen generator can be extended.

第2の発明である水素生成装置は、特に、第1の発明の水素生成装置における前記制御器が、前記環境温度が、予め設定された第1閾値以上である場合に、第1加熱量で加熱するように前記加熱器を制御し、前記環境温度が前記第1閾値より低い場合に、前記第1加熱量より小さい第2加熱量で加熱するよう前記加熱器を制御することを特徴とする。   In particular, the hydrogen generator according to the second aspect of the present invention is the first heating amount when the controller in the hydrogen generator of the first aspect of the present invention is such that the environmental temperature is equal to or higher than a preset first threshold value. The heater is controlled to heat, and when the environmental temperature is lower than the first threshold value, the heater is controlled to heat with a second heating amount smaller than the first heating amount. .

本発明の水素生成装置によれば、環境温度に閾値を設け、環境温度が閾値以上の場合よりも、閾値より低い場合に、加熱量を小さくすることにより、応力を抑制し、構造体へのダメージを抑制することができる。さらに起動時間が長くなる頻度を抑制できるため、商品性を損なうことがない。   According to the hydrogen generator of the present invention, a threshold is provided for the environmental temperature, and when the environmental temperature is lower than the threshold, the amount of heating is reduced to reduce the stress and Damage can be suppressed. Furthermore, since the frequency with which the startup time is lengthened can be suppressed, merchantability is not impaired.

第3の発明である水素生成装置は、特に、第2の発明の水素生成装置における前記反応器の反応器温度を検知する反応器温度検知器を備え、前記制御器が、前記環境温度が前記第1閾値以上である場合、又は、前記反応器温度検知器により検知される反応器温度が予め設定される第2閾値以上である場合に、前記第1加熱量で加熱するように前記加熱器を制御し、前記環境温度が前記第1閾値より低く、かつ、前記環境温度が前記第2閾値より低い場合に、前記第2加熱量で加熱するよう前記加熱器を制御することを特徴とする。   The hydrogen generator according to the third aspect of the invention is provided with a reactor temperature detector for detecting the reactor temperature of the reactor in the hydrogen generator of the second aspect of the invention. When the temperature is equal to or higher than the first threshold, or when the reactor temperature detected by the reactor temperature detector is equal to or higher than a second threshold set in advance, the heater is heated so as to be heated with the first heating amount. And when the environmental temperature is lower than the first threshold value and the environmental temperature is lower than the second threshold value, the heater is controlled to heat with the second heating amount. .

本発明の水素生成装置によれば、環境温度が低い場合、かつ、反応温度が低い場合以外は、加熱量を小さくしないことにより、加熱量を小さくすることによる起動時間が長期化する頻度を小さくすることができ、水素生成装置の商品性を損なうことを抑制することができる。   According to the hydrogen generator of the present invention, unless the environmental temperature is low and the reaction temperature is low, the frequency of start-up time by reducing the heating amount is reduced by not reducing the heating amount. It can suppress, and it can suppress impairing the commercial property of a hydrogen generator.

第4の発明である水素生成装置は、特に、第1から第3のいずれか1つの発明の水素生成装置における前記環境温度が、前記水素生成装置の周囲温度であることを特徴とする。   The hydrogen generating apparatus according to the fourth invention is characterized in that, in particular, the environmental temperature in the hydrogen generating apparatus according to any one of the first to third inventions is an ambient temperature of the hydrogen generating apparatus.

本発明の水素生成装置によれば、水素生成装置の周囲温度より環境温度を算出することで、環境温度を直接検知する検知器を備えない場合でも、環境温度を安価に第1の発明と同様の効果を得ることができる。   According to the hydrogen generator of the present invention, the environmental temperature is calculated from the ambient temperature of the hydrogen generator, so that the environmental temperature can be reduced at a low cost even when a detector for directly detecting the environmental temperature is not provided. The effect of can be obtained.

第5の発明である水素生成装置は、特に、第1から第3のいずれか1つの発明の水素生成装置における前記環境温度が、前記反応器温度検知器が検知する反応器温度であることを特徴とする。   In the hydrogen generator according to the fifth aspect of the invention, in particular, the environmental temperature in the hydrogen generator of any one of the first to third aspects is a reactor temperature detected by the reactor temperature detector. Features.

本発明の水素生成装置によれば、水素生成装置の温度制御に通常備えられている反応器温度検知器が検知する反応器温度より環境温度を算出することで、環境温度を直接検知する検知器を備えない場合でも、停止、冷却時に、環境温度が低くなる場合に、水素生成装置の構造体の応力を抑制し、構造体へのダメージを抑制することができる。   According to the hydrogen generator of the present invention, a detector that directly detects the environmental temperature by calculating the environmental temperature from the reactor temperature detected by the reactor temperature detector that is normally provided for temperature control of the hydrogen generator. Even when not provided, when the environmental temperature becomes low at the time of stopping and cooling, the stress of the structure of the hydrogen generator can be suppressed and damage to the structure can be suppressed.

第6の発明である水素生成装置は、特に、第1〜第3のいずれか1つの発明の水素生成装置における前記環境温度が、前記加熱器による加熱を停止した場合又は加熱量を一定にした場合の前記反応器温度検知器により検知される温度の低下速度より検知される温度であることを特徴とする。   In the hydrogen generator according to the sixth invention, in particular, when the environmental temperature in the hydrogen generator of any one of the first to third inventions stops heating by the heater, or the heating amount is made constant. In this case, the temperature is detected from the rate of temperature decrease detected by the reactor temperature detector.

本発明の水素生成装置によれば、水素生成装置の温度制御のために通常備えられている反応器温度検知器が検知する停止、冷却時の反応器温度より環境温度を算出することで、環境温度を直接検知する検知器を備えない場合でも、停止、冷却時に、環境温度が低くなる場合に、水素生成装置の構造体の応力を抑制し、構造体へのダメージを抑制することができる。   According to the hydrogen generator of the present invention, the environmental temperature is calculated by calculating the environmental temperature from the reactor temperature during shutdown and cooling detected by the reactor temperature detector normally provided for temperature control of the hydrogen generator. Even when a detector for directly detecting the temperature is not provided, when the environmental temperature becomes low during stopping and cooling, the stress of the structure of the hydrogen generator can be suppressed and damage to the structure can be suppressed.

第7の発明である水素生成装置は、特に、第1〜第3のいずれか1つの発明の水素生成装置における前記環境温度が、前記加熱器による加熱量を一定にした場合の前記反応器温度検知器により検知される温度の上昇速度より検知される温度であることを特徴とする。   The hydrogen generator according to the seventh aspect of the invention is particularly characterized in that the reactor temperature when the environmental temperature in the hydrogen generator of any one of the first to third aspects of the invention is a constant heating amount by the heater. It is the temperature detected from the rising speed of the temperature detected by the detector.

本発明の水素生成装置によれば、水素生成装置の温度制御のために通常備えられている反応器温度検知器が検知する起動、昇温時の反応温度より環境温度を算出することで、環境温度を直接検知する検知器を備えない場合でも、起動時に環境温度が低くなる場合に、水素生成装置の構造体の応力を抑制し、構造体へのダメージを抑制することができる。   According to the hydrogen generator of the present invention, the environmental temperature is calculated from the reaction temperature at the time of start-up and temperature rise detected by the reactor temperature detector normally provided for temperature control of the hydrogen generator. Even when a detector for directly detecting the temperature is not provided, when the environmental temperature becomes low at the time of startup, the stress of the structure of the hydrogen generator can be suppressed, and damage to the structure can be suppressed.

第8の発明である燃料電池システムは、特に、第1〜第7のいずれか1つの発明の水素生成装置と、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ことを特徴とする。   A fuel cell system according to an eighth aspect of the present invention includes, in particular, the hydrogen generator according to any one of the first to seventh aspects, and a fuel cell that generates power using a hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen generator. It is characterized by providing.

本発明の燃料電池システムによれば、水素生成装置への応力を抑制し、構造体へのダメージを抑制することができるため、燃料電池システムの寿命を延ばすことができる。   According to the fuel cell system of the present invention, stress on the hydrogen generator can be suppressed and damage to the structure can be suppressed, so that the life of the fuel cell system can be extended.

第9の発明である水素生成装置の運転方法は、炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器を含む反応器と、前記改質器を加熱する加熱器と、を備える水素生成装置の運転方法であって、環境温度が相対的に低い場合は、環境温度が相対的に高い場合よりも小さい加熱量で加熱するように前記加熱器を作動することを特徴とする。   The operation method of the hydrogen generator according to the ninth invention comprises a reactor including a reformer that reforms a raw material containing hydrocarbons to generate a hydrogen-containing gas, a heater that heats the reformer, When the environmental temperature is relatively low, the heater is operated so as to heat with a smaller heating amount than when the environmental temperature is relatively high. To do.

本発明の水素生成装置の運転方法によれば、環境温度が低い場合、加熱量を小さくすることにより、水素生成装置構造体の直接加熱される部分の昇温速度を抑えることができ、間接的に加熱される部分との温度差を小さくすることができるため、応力を抑制し、構造体へのダメージを抑制することができる。その結果、水素生成装置の寿命を延ばすことが
できる。
According to the operation method of the hydrogen generator of the present invention, when the environmental temperature is low, the heating rate can be suppressed by reducing the heating amount, thereby suppressing the temperature increase rate of the directly heated portion of the hydrogen generator structure. Since the temperature difference from the portion heated by the heat can be reduced, stress can be suppressed and damage to the structure can be suppressed. As a result, the lifetime of the hydrogen generator can be extended.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一構成については同一符号を付し、その説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same components are denoted by the same reference symbols throughout the drawings, and description thereof is omitted.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1にかかる水素生成装置400の構成の一例を示すブロック図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of the hydrogen generator 400 according to Embodiment 1 of the present invention.

図1に示す本実施の形態の水素生成装置400は、水素含有ガスを生成する反応器の一つである改質器100と、改質器100に原料を供給する原料供給器31と、原料の供給量を検出する原料供給量検出器30と、原料に含まれる硫黄化合物を除去する脱硫器10と、改質器100に水を供給する水供給器51と、水の供給量を検出する水供給量検出器50と、改質器100を加熱する加熱器20と、加熱器20に空気を供給する空気供給器71と、空気の供給量を検出する空気供給量検出器70と、反応気温度検知器の一つである、改質器100の温度を検知する改質器温度検知器80と、改質器100が生成する水素含有ガス中のCOを低減する反応器の一つであるCO低減器150と、CO低減器150の温度を検知する反応器温度検知器90と、水素生成装置400を制御する制御器300と、を備える。   A hydrogen generator 400 of the present embodiment shown in FIG. 1 includes a reformer 100 that is one of reactors that generate a hydrogen-containing gas, a raw material supplier 31 that supplies a raw material to the reformer 100, and a raw material A raw material supply amount detector 30 for detecting the supply amount of water, a desulfurizer 10 for removing sulfur compounds contained in the raw material, a water supply device 51 for supplying water to the reformer 100, and a supply amount of water are detected. Water supply amount detector 50, heater 20 that heats reformer 100, air supply 71 that supplies air to heater 20, air supply amount detector 70 that detects the supply amount of air, and reaction A reformer temperature detector 80 that detects the temperature of the reformer 100, which is one of the atmospheric temperature detectors, and a reactor that reduces CO in the hydrogen-containing gas produced by the reformer 100. A certain CO reducer 150 and a reactor temperature for detecting the temperature of the CO reducer 150 It comprises a knowledge unit 90, a controller 300 for controlling the hydrogen generator 400, a.

改質器温度検知器80とCO低減器温度検知器90は、例えば熱電対によって構成される。なお、加熱器20は、例えば、燃焼器、ヒータ及び触媒燃焼器であっても良い。本実施の形態では、加熱器20を燃焼器とした場合の説明をする。また、反応器は、改質器100が少なくとも含まれていればよく、本実施の形態では、改質器100とCO低減器150からなる構成を採っているが、例えば改質器100のみからなる構成でも良い。   The reformer temperature detector 80 and the CO reducer temperature detector 90 are configured by a thermocouple, for example. The heater 20 may be, for example, a combustor, a heater, and a catalytic combustor. In the present embodiment, the case where the heater 20 is a combustor will be described. Further, the reactor only needs to include at least the reformer 100. In the present embodiment, the reactor is configured by the reformer 100 and the CO reducer 150. The structure which becomes may be sufficient.

改質器100は、原料及び水蒸気を用いて改質反応により水素含有ガスを生成するものであり、ステンレス構造体で構成され、改質反応を進行させる改質触媒が充填される。本実施の形態では、改質触媒は、アルミナビーズを担体としてRuを担持させたものを用いた。   The reformer 100 generates a hydrogen-containing gas by a reforming reaction using a raw material and water vapor, and is composed of a stainless steel structure and is filled with a reforming catalyst that advances the reforming reaction. In the present embodiment, the reforming catalyst is a catalyst that supports Ru using alumina beads as a carrier.

改質触媒は、改質反応を進行させることが可能であれば、いずれの触媒であっても構わず、一般的に、Ruの他に、Pt、Rh、Pd、Ir、Re及びNiからなる群の中から選択される少なくとも1種が触媒金属に好適に用いられる。また、担体としてハニカムを用いることもできる。   The reforming catalyst may be any catalyst as long as the reforming reaction can proceed, and is generally composed of Pt, Rh, Pd, Ir, Re, and Ni in addition to Ru. At least one selected from the group is suitably used for the catalytic metal. A honeycomb can also be used as the carrier.

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。ここで、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。   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. Here, the city gas refers to a gas supplied from a gas company to each household through piping.

これら原料には、漏洩を検知するために、主に硫黄化合物からなる付臭剤が少なくとも一種類以上含有され、付臭が行われている。これら硫黄化合物からなる付臭剤は、改質触媒を被毒し、劣化させてしまうため、予め脱硫器10にて、取り除かれた後、改質器100に供給される。   In order to detect leakage, these raw materials contain at least one odorant mainly composed of a sulfur compound and are odorized. Since the odorant composed of these sulfur compounds poisons and deteriorates the reforming catalyst, it is removed in advance by the desulfurizer 10 and then supplied to the reformer 100.

改質反応は、原料及び水蒸気から水素含有ガスが生成される反応であれば、いずれの改質反応でも良い。具体的には、水蒸気改質反応、及びオートサーマル反応、部分酸化反応が例示され、その組み合わせでも良い。改質器100で生成された水素含有ガスは、水素供給経路41を介して水素利用機器201に供給される。   The reforming reaction may be any reforming reaction as long as it is a reaction in which a hydrogen-containing gas is generated from the raw material and steam. Specifically, steam reforming reaction, autothermal reaction, and partial oxidation reaction are exemplified, and combinations thereof may be used. The hydrogen-containing gas generated in the reformer 100 is supplied to the hydrogen utilization device 201 through the hydrogen supply path 41.

改質器温度検知器80は、改質器100の温度を検知する。なお、改質器100の内部の触媒温度を直接測定することが望ましいが、検知された値から触媒温度を推定できるのであれば、改質器100の外部、あるいは近傍に温度検知部を設置しても構わない。改質器温度検知器80として熱電対を用いたが、他にサーミスタなどが例示される。   The reformer temperature detector 80 detects the temperature of the reformer 100. It is desirable to directly measure the catalyst temperature inside the reformer 100. However, if the catalyst temperature can be estimated from the detected value, a temperature detector is installed outside or near the reformer 100. It doesn't matter. A thermocouple is used as the reformer temperature detector 80, but other examples include a thermistor.

原料供給器31は、原料を改質器100に供給する。原料供給器31は、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 31 supplies the raw material to the reformer 100. The raw material supplier 31 includes, for example, at least one of a booster and a flow rate adjustment valve.

水供給器51は、水を改質器100に供給する。水供給器51は、水の供給量を調整できるものであり、例えば、ポンプ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。本実施の形態では、水供給量検出器50によって水の供給量の調整を行ったが、操作量に基づいて行っても良い。   The water supply unit 51 supplies water to the reformer 100. The water supply device 51 can adjust the supply amount of water, and includes, for example, at least one of a pump and a flow rate adjustment valve. In the present embodiment, the water supply amount is adjusted by the water supply amount detector 50, but may be based on the operation amount.

加熱器20は、改質器100を加熱する。加熱器20の燃料には、原料供給器31から供給される原料と、改質器100より排出される水素含有ガスの一部もしくは全部が用いられる。加熱器20に供給される水素含有ガスは、改質器100から加熱器20に直接供給されても良いし、水素利用機器201を経由し、水素利用機器201から排出されて加熱器20に供給されても良い。加熱器20において、燃料供給器(図示せず)から水素含有ガスに燃料を追加して燃焼されても良い。   The heater 20 heats the reformer 100. As the fuel for the heater 20, the raw material supplied from the raw material supplier 31 and part or all of the hydrogen-containing gas discharged from the reformer 100 are used. The hydrogen-containing gas supplied to the heater 20 may be supplied directly from the reformer 100 to the heater 20, or discharged from the hydrogen utilization device 201 via the hydrogen utilization device 201 and supplied to the heater 20. May be. In the heater 20, the fuel may be added to the hydrogen-containing gas from a fuel supplier (not shown) and burned.

空気供給器71は、加熱器20に燃焼空気を供給する。空気供給器71は、例えば、ファン及びポンプの少なくともいずれか一方により構成される。   The air supplier 71 supplies combustion air to the heater 20. The air supply unit 71 is configured by, for example, at least one of a fan and a pump.

CO低減器150は、改質器100から出た水素含有ガス中のCOをシフト反応、選択酸化反応、メタン化反応のうち、少なくとも一つの反応を用いて、低減させる。CO低減器150でのCO低減反応には、100℃から300℃の反応熱が必要であり、本実施の形態では、相対的に高温である改質器100と隣接させ、伝熱により加熱する方法を用いた。加熱器20により直接加熱する方法を用いても良く、併用しても良い。加熱器20には燃焼器を用いたが、ヒータを用いても良く、併用しても良い。   The CO reducer 150 reduces CO in the hydrogen-containing gas output from the reformer 100 using at least one of a shift reaction, a selective oxidation reaction, and a methanation reaction. The CO reduction reaction in the CO reducer 150 requires reaction heat of 100 ° C. to 300 ° C. In this embodiment, the CO reducer 150 is adjacent to the relatively high temperature reformer 100 and heated by heat transfer. The method was used. A method of directly heating with the heater 20 may be used, or a combination thereof may be used. Although the combustor was used for the heater 20, a heater may be used or may be used in combination.

CO低減器温度検知器90は、CO低減器150の温度を検知する。なお、CO低減器150の内部の触媒温度を直接測定することが望ましいが、検知された値から触媒温度を推定できるのであれば、CO低減器150の外部、あるいは近傍に温度検知部を設置しても構わない。CO低減器温度検知器90として熱電対を用いたが、他にサーミスタなどが例示される。   The CO reducer temperature detector 90 detects the temperature of the CO reducer 150. Although it is desirable to directly measure the catalyst temperature inside the CO reducer 150, if the catalyst temperature can be estimated from the detected value, a temperature detector is installed outside or near the CO reducer 150. It doesn't matter. Although a thermocouple is used as the CO reducer temperature detector 90, other examples include a thermistor.

なお、水素利用機器201が水素含有ガスのCO濃度の上限を設けない場合ば、水素生成装置400にCO低減器150およびCO低減器温度検知器90を設ける必要はない。   If the hydrogen using device 201 does not provide the upper limit of the CO concentration of the hydrogen-containing gas, it is not necessary to provide the CO generator 150 and the CO reducer temperature detector 90 in the hydrogen generator 400.

脱硫器10には、ステンレス構造体を有する脱硫容器に、常温用吸着脱硫剤である銀をイオン交換したゼオライトを充填した吸着脱硫器を用いた。脱硫方式には吸着脱硫方式と水添脱硫方式があり、吸着脱硫方式であれば、ゼオライト系脱硫剤等、1種類以上の脱硫剤を充填し、常温もしくは加温して、脱硫機能を発揮する。   As the desulfurizer 10, an adsorptive desulfurizer was used in which a desulfurization vessel having a stainless steel structure was filled with zeolite ion-exchanged with silver, which is an adsorption desulfurization agent for normal temperature. There are two types of desulfurization methods: adsorptive desulfurization method and hydrodesulfurization method. If adsorptive desulfurization method is used, one or more kinds of desulfurization agents such as zeolite desulfurization agent are filled and the desulfurization function is exhibited by normal temperature or heating. .

水添脱硫方式であれば、改質器100で生成された水素含有ガスの一部を脱硫器10に供給するためのリサイクルガス経路(図示せず)を備え、脱硫器10に充填される水添脱硫触媒としては、CuZn系触媒(CoMo系触媒などとの組み合わせも含む)などが挙げられる。また、脱硫方式として、水添脱硫方式と吸着脱硫方式とを組み合わせて用いる構成も取ることができる。   In the case of the hydrodesulfurization method, a recycle gas path (not shown) for supplying a part of the hydrogen-containing gas generated in the reformer 100 to the desulfurizer 10 is provided, and water filled in the desulfurizer 10 is provided. Examples of the desulfurization catalyst include a CuZn-based catalyst (including a combination with a CoMo-based catalyst). Moreover, the structure using combining a hydrodesulfurization system and an adsorption desulfurization system as a desulfurization system can also be taken.

例えば、リサイクルガス経路から水素含有ガスを水添脱硫方式の脱硫器10に供給できない起動時や停止時のステップにおいて、吸着脱硫方式の脱硫器10に原料ガスを流通させ硫黄化合物を吸着脱硫する方法などである。   For example, a method of adsorbing and desulfurizing a sulfur compound by circulating a raw material gas through an adsorptive desulfurization type desulfurizer 10 at a start-up or stop step when hydrogen-containing gas cannot be supplied to a hydrodesulfurization type desulfurizer 10 from a recycle gas path. Etc.

制御器300は、制御機能を有するものであれば、水素生成装置400全体あるいは一部を制御可能などのような制御装置でも良い。制御器300は、演算部301と、制御プログラムを記憶する記憶部302とを備える。演算部301としては、MPU、CPUが例示される。記憶部302としては、メモリが例示される。制御器300は、記憶部302に起動時の運転パラメータ群を記憶している。   The controller 300 may be any control device that can control the whole or a part of the hydrogen generator 400 as long as it has a control function. The controller 300 includes a calculation unit 301 and a storage unit 302 that stores a control program. Examples of the arithmetic unit 301 include an MPU and a CPU. An example of the storage unit 302 is a memory. The controller 300 stores an operation parameter group at the time of activation in the storage unit 302.

制御器300は、単独の制御器でも複数の制御器でも良い。つまり、制御器300のそれぞれが、集中制御を行う単独の制御器で構成されていても良いし、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良い。この点は、後述の他の実施の形態の制御器においても同様である。   The controller 300 may be a single controller or a plurality of controllers. That is, each of the controllers 300 may be configured by a single controller that performs centralized control, or may be configured by a plurality of controllers that perform distributed control in cooperation with each other. This also applies to controllers of other embodiments described later.

原料供給器31から改質器100に至る原料の供給路の途中には、原料の供給量を検出する原料供給量検出器30が設けられ、その検出出力が演算部301に入力されている。また、水供給器51から改質器100に至る水の供給路の途中には、水の供給量を検出する水供給量検出器50が設けられ、その検出出力が演算部301に入力されている。原料供給量検出器30及び水供給量検出器50は、ここでは、それぞれ、マスフローメータ等の流量計で構成されている。   A raw material supply amount detector 30 for detecting the supply amount of the raw material is provided in the middle of the raw material supply path from the raw material supply device 31 to the reformer 100, and its detection output is input to the calculation unit 301. A water supply amount detector 50 that detects the amount of water supply is provided in the middle of the water supply path from the water supply device 51 to the reformer 100, and the detection output is input to the calculation unit 301. Yes. Here, the raw material supply amount detector 30 and the water supply amount detector 50 are each composed of a flow meter such as a mass flow meter.

空気供給器71から加熱器20に至る空気の供給経路の途中に空気の供給量を検出する空気供給量検出器70が設けられ、その検出出力が演算部301に入力されている。本実施の形態1では、空気供給量検出器70によって空気の供給量の調整を行ったが、操作量に基づいて行っても良い。空気供給量検出器70は、ここでは、それぞれ、マスフローメータ等の流量計で構成されている。   An air supply amount detector 70 for detecting an air supply amount is provided in the middle of an air supply path from the air supply device 71 to the heater 20, and the detection output is input to the calculation unit 301. In the first embodiment, the air supply amount is adjusted by the air supply amount detector 70, but may be based on the operation amount. Here, each of the air supply amount detectors 70 is composed of a flow meter such as a mass flow meter.

制御器300に備えられる記憶部302には、水素生成装置400の各種の動作を制御するためのプログラムが格納されており、演算部301は、記憶部302から必要なプログラムを読み出してこれを実行することによって、水素生成装置400の各種の動作を制御する。   The storage unit 302 provided in the controller 300 stores a program for controlling various operations of the hydrogen generator 400, and the arithmetic unit 301 reads out a necessary program from the storage unit 302 and executes it. By doing so, various operations of the hydrogen generator 400 are controlled.

以下、実施の形態1の水素生成装置400の動作、作用について説明する。なお、以下の動作、作用は、制御器300が水素生成装置400を制御することによって行われる。   Hereinafter, operation | movement and an effect | action of the hydrogen generator 400 of Embodiment 1 are demonstrated. The following operations and actions are performed by the controller 300 controlling the hydrogen generator 400.

水素生成装置400が起動すると、加熱器20における燃焼を開始する。このとき、封止器40を閉止しているが、水素供給経路41から分岐して伸び、加熱器20に至る燃焼用の燃料供給経路42がガス通気状態となっている。よって、原料供給器31の動作開始により原料が改質器100に供給されると、改質器100を通過した原料は、上記燃焼用の燃料供給経路42を用いて加熱器20に供給される。   When the hydrogen generator 400 is activated, combustion in the heater 20 is started. At this time, the sealer 40 is closed, but the fuel supply path 42 for combustion extending from the hydrogen supply path 41 to reach the heater 20 is in a gas-venting state. Therefore, when the raw material is supplied to the reformer 100 by starting the operation of the raw material supplier 31, the raw material that has passed through the reformer 100 is supplied to the heater 20 using the combustion fuel supply path 42. .

同時に、空気供給器71の動作開始により、燃焼用の空気が加熱器20に供給される。加熱器20において、点火電極(図示せず)により着火動作がおこなわれ、燃焼用の空気を用いて、燃料の燃焼が起こる。このようにして、加熱器20から供給される燃焼熱により、改質器100が加熱される。   At the same time, combustion air is supplied to the heater 20 by starting the operation of the air supply device 71. In the heater 20, an ignition operation is performed by an ignition electrode (not shown), and combustion of fuel occurs using combustion air. In this way, the reformer 100 is heated by the combustion heat supplied from the heater 20.

次いで、水供給器51の動作開始により、改質器100に水が供給される。水の供給開始後、改質器100で生成された水素含有ガスの組成が水素利用機器201への供給に適
した組成になった段階で、水素利用機器201に水素含有ガスが供給される。水素生成装置400を停止させる場合、原料供給器31と水供給器51を停止させる。
Next, water is supplied to the reformer 100 when the operation of the water supplier 51 starts. After the start of water supply, the hydrogen-containing gas is supplied to the hydrogen-using device 201 when the composition of the hydrogen-containing gas generated in the reformer 100 becomes a composition suitable for supply to the hydrogen-using device 201. When the hydrogen generator 400 is stopped, the raw material supplier 31 and the water supplier 51 are stopped.

本実施の形態では、制御器300は、環境温度30℃の際に水素生成装置400の起動時における加熱量を40kJ/minに設定し、改質器100の昇温を行った。   In the present embodiment, the controller 300 sets the heating amount at the startup of the hydrogen generator 400 to 40 kJ / min when the environmental temperature is 30 ° C., and raises the temperature of the reformer 100.

改質器100の構造体のうち、加熱器20と隣接し、加熱器20により直接加熱される部位Aと、加熱器20と接触せず、伝熱により間接的に加熱される部位Bについて、起動開始より10分後の温度を測定計測したところ、部位Aは400℃、部位Bは280℃であった。   Of the structure of the reformer 100, the part A that is adjacent to the heater 20 and is directly heated by the heater 20 and the part B that is not in contact with the heater 20 and is indirectly heated by heat transfer, When the temperature after 10 minutes from the start of measurement was measured and measured, the part A was 400 ° C. and the part B was 280 ° C.

環境温度−30℃の際に、水素生成装置400の起動時における加熱量を40kJ/minに設定し、改質器100の昇温を行った場合、起動開始より12分後に部位Aは400℃、部位Bは200℃となり、部位Aと部位Bとにかかる熱応力は、環境温度30℃の際の熱応力に比べ大きくなり、水素生成装置400の構造体へのダメージが大きくなる。   When the heating amount at the startup of the hydrogen generator 400 is set to 40 kJ / min when the environmental temperature is −30 ° C. and the temperature of the reformer 100 is increased, the site A is 400 ° C. 12 minutes after the start of the startup. The part B is 200 ° C., and the thermal stress applied to the part A and the part B is larger than the thermal stress at the environmental temperature of 30 ° C., and the damage to the structure of the hydrogen generator 400 is increased.

本実施の形態では、環境温度−30℃の際に、水素生成装置400の起動時における加熱量を環境温度30℃の際より小さい20kJ/minに設定し、改質器100の昇温を行った。その結果、起動開始より15分後の温度を測定計測したところ、部位Aは400℃、部位Bは285℃であった。   In the present embodiment, when the environmental temperature is −30 ° C., the heating amount at the startup of the hydrogen generator 400 is set to 20 kJ / min, which is smaller than that at the environmental temperature of 30 ° C., and the reformer 100 is heated. It was. As a result, when the temperature after 15 minutes from the start of measurement was measured, the site A was 400 ° C and the site B was 285 ° C.

本実施の形態では、水素生成装置400の構造体のうち、環境温度の影響をあまり受けない直接加熱される部位Aの昇温速度を抑え、環境温度の影響を受けやすい間接的に加熱される部分Bは部位Aからの伝熱で時間をかけて昇温させることで、部位Aと部位B間の温度差を小さくすることができるため、応力を抑制し、構造体へのダメージを抑制することができる。その結果、水素生成装置400の寿命を延ばすことができる。   In the present embodiment, in the structure of the hydrogen generator 400, the temperature rise rate of the part A that is directly heated that is not significantly affected by the environmental temperature is suppressed, and the structure is heated indirectly that is easily affected by the environmental temperature. Since the temperature difference between the part A and the part B can be reduced by heating the part B over time by heat transfer from the part A, the stress is suppressed and the damage to the structure is suppressed. be able to. As a result, the life of the hydrogen generator 400 can be extended.

(実施例1)
図2は、本発明の実施の形態1の実施例1にかかる水素生成装置400における起動方法の一例を示すフローチャートであり、図3は、実施の形態1の実施例1にかかる水素生成装置400の起動時における加熱量と環境温度との関係の一例を示す特性図である。
Example 1
FIG. 2 is a flowchart showing an example of a startup method in the hydrogen generator 400 according to the first example of the first embodiment of the present invention, and FIG. 3 shows a hydrogen generator 400 according to the first example of the first embodiment. It is a characteristic view which shows an example of the relationship between the amount of heating at the time of starting of, and environmental temperature.

実施例1の水素生成装置400の構成は、実施の形態1の水素生成装置400と同様のため、重複する説明を省略する。   Since the configuration of the hydrogen generator 400 of Example 1 is the same as that of the hydrogen generator 400 of Embodiment 1, repeated description is omitted.

実施例1の水素生成装置400の起動方法について、図2のフローチャートを用いて説明する。   The starting method of the hydrogen generator 400 of Example 1 is demonstrated using the flowchart of FIG.

まず、制御器300に起動開始指令が入力される(ステップS100)。次に、環境温度Teと第1閾値Aの大小を比較し(ステップS101)、Te≧Aの場合は、ステップS104へ移行し、Te<Aの場合は、ステップS102へ移行する。   First, an activation start command is input to the controller 300 (step S100). Next, the environmental temperature Te is compared with the magnitude of the first threshold A (step S101). If Te ≧ A, the process proceeds to step S104, and if Te <A, the process proceeds to step S102.

なお、本実施例では、第1閾値Aを0℃とした(図3参照)。水素生成装置400の構造体及び触媒の耐久性の観点からみて、起動時に発生する応力が許容できる環境温度であり、起動時間が長くなる頻度を抑制でき、商品性が損なわれない環境温度である。   In the present embodiment, the first threshold value A is 0 ° C. (see FIG. 3). From the viewpoint of the durability of the structure of the hydrogen generator 400 and the catalyst, it is an environmental temperature at which stress generated at the time of start-up can be tolerated, the frequency at which the start-up time can be increased, and the commerciality is not impaired. .

ステップS101で環境温度が、Te≧Aである場合は、第1加熱量による加熱を開始する(ステップS104)。この場合は、加熱器20において、図示されない点火装置により点火された原料ガスは燃焼用空気と共に燃焼する。   If the environmental temperature is Te ≧ A in step S101, heating by the first heating amount is started (step S104). In this case, in the heater 20, the raw material gas ignited by an ignition device (not shown) is combusted together with the combustion air.

原料ガスは加熱器20による加熱量が第1加熱量となるように供給され、燃焼により発生した熱は、改質器100およびCO低減器150に伝わり、改質器100およびCO低減器150を昇温する。なお、同時にヒータによる加熱を併用しても良い。第1加熱量は本実施例では40kJ/minとした(図3参照)。   The raw material gas is supplied so that the heating amount by the heater 20 becomes the first heating amount, and the heat generated by the combustion is transmitted to the reformer 100 and the CO reducer 150, and the reformer 100 and the CO reducer 150 are Raise the temperature. At the same time, heating by a heater may be used in combination. The first heating amount was 40 kJ / min in this example (see FIG. 3).

次に、水供給器51から水が供給され、改質反応が開始する(ステップS105)。なお、水供給開始タイミングは所定の温度条件を改質器温度検知器80で検知される改質温度が所定の温度条件を満たしたときでも良いし、加熱開始から所定時間経過後でも良く、CO低減器温度検知器90が存在する場合は、CO低減器温度検知器90によって測定された温度に対して、あらかじめ設定した閾値に基づいて決定しても良い。   Next, water is supplied from the water supplier 51, and the reforming reaction starts (step S105). The water supply start timing may be a predetermined temperature condition when the reforming temperature detected by the reformer temperature detector 80 satisfies the predetermined temperature condition, or may be after a predetermined time has elapsed since the start of heating. When the reducer temperature detector 90 exists, the temperature measured by the CO reducer temperature detector 90 may be determined based on a preset threshold value.

水素生成装置400の改質器100、CO低減器150の温度がそれぞれ所定の温度に到達し、水素生成装置400から水素利用機器201に水素が供給される(ステップS106)。ここで所定の温度とは、例えば、改質温度は500℃、CO低減器温度が200℃とした。   The temperatures of the reformer 100 and the CO reducer 150 of the hydrogen generator 400 reach predetermined temperatures, respectively, and hydrogen is supplied from the hydrogen generator 400 to the hydrogen utilization device 201 (step S106). Here, the predetermined temperature is, for example, a reforming temperature of 500 ° C. and a CO reducer temperature of 200 ° C.

ステップS101で環境温度が、Te<Aである場合は、第1加熱量より小さい第2加熱量による加熱を開始する(ステップS102)。第1加熱量は本実施例では20kJ/minとした(図3参照)。次に水供給器51から水が供給され、改質反応が開始する(ステップS103)。ステップS102,S103においては、加熱量以外は、ステップS104,S105と同様のため、説明を省略する。   If the environmental temperature is Te <A in step S101, heating by the second heating amount smaller than the first heating amount is started (step S102). The first heating amount was 20 kJ / min in this example (see FIG. 3). Next, water is supplied from the water supplier 51, and the reforming reaction starts (step S103). Since steps S102 and S103 are the same as steps S104 and S105 except for the heating amount, description thereof is omitted.

以上のように、本実施例においては、環境温度に閾値を設け、環境温度が閾値以上の場合よりも、閾値より低い場合に、加熱量を小さくすることにより、水素生成装置400の構造体のうち、環境温度の影響をあまり受けない直接加熱される部位Aの昇温速度を抑えることができ、環境温度の影響を受けやすい間接的に加熱される部分Bの昇温速度を抑えないことで、部位Aと部位B間の温度差を小さくすることができるため、応力を抑制し、構造体へのダメージを抑制することができる。さらに起動時間が長くなる頻度を抑制できるため、商品性を損なうことがない。   As described above, in this embodiment, a threshold value is provided for the environmental temperature, and when the environmental temperature is lower than the threshold value, the heating amount is reduced when the environmental temperature is lower than the threshold value. Among them, the heating rate of the part A that is directly heated that is not greatly affected by the environmental temperature can be suppressed, and the heating rate of the indirectly heated part B that is easily influenced by the environmental temperature is not suppressed. Since the temperature difference between the part A and the part B can be reduced, stress can be suppressed and damage to the structure can be suppressed. Furthermore, since the frequency with which the startup time is lengthened can be suppressed, merchantability is not impaired.

ここでは、環境温度の閾値を0℃と設定しているが、この温度に限るものではない。また、加熱量に関しても各加熱量に限るものではない。   Here, the threshold value of the environmental temperature is set to 0 ° C., but is not limited to this temperature. Further, the heating amount is not limited to each heating amount.

(実施例2)
図4は、実施の形態1の実施例2にかかる水素生成装置400の起動時における加熱量と環境温度との関係の一例を示す特性図である。
(Example 2)
FIG. 4 is a characteristic diagram illustrating an example of the relationship between the heating amount and the environmental temperature when the hydrogen generator 400 according to Example 2 of the first embodiment is started.

実施例2の水素生成装置400の構成、起動方法は、実施例1の水素生成装置400と同様のため、重複する説明を省略する。   The configuration and start-up method of the hydrogen generator 400 according to the second embodiment are the same as those of the hydrogen generator 400 according to the first embodiment, and thus redundant description is omitted.

本実施例では、図4に示すように、環境温度に複数の閾値を設定し、環境温度が低いほど加熱量を小さくするようにステップ状に設定した。   In this embodiment, as shown in FIG. 4, a plurality of threshold values are set for the environmental temperature, and the heating amount is set to be smaller as the environmental temperature is lower.

具体的には、環境温度が−12℃未満である場合に、水素生成装置400の起動時における加熱量を20kJ/minに設定し、環境温度が−12℃以上6℃未満である場合に加熱量25kJ/minに設定し、以降、24℃、42℃に閾値を設け、42℃以上の場合に、加熱量を40kJ/minに設定し、改質器100の昇温を行った。   Specifically, when the environmental temperature is less than −12 ° C., the heating amount when the hydrogen generator 400 is started is set to 20 kJ / min, and the heating is performed when the environmental temperature is −12 ° C. or more and less than 6 ° C. The amount was set to 25 kJ / min. Thereafter, threshold values were set at 24 ° C. and 42 ° C., and when the temperature was 42 ° C. or higher, the heating amount was set to 40 kJ / min, and the temperature of the reformer 100 was increased.

以上のように、本実施例においては、環境温度に複数の閾値を設け、環境温度が閾値以上の場合よりも、閾値より低い場合に、加熱量を小さくすることにより、水素生成装置4
00の構造体のうち、環境温度の影響をあまり受けない直接加熱される部位Aの昇温速度を抑えることができ、環境温度の影響を受けやすい間接的に加熱される部分Bの昇温速度を抑えないことで、部位Aと部位B間の温度差を小さくすることができるため、応力を抑制し、構造体へのダメージを抑制することができる。
As described above, in this embodiment, the hydrogen generator 4 is provided by providing a plurality of threshold values for the environmental temperature and reducing the heating amount when the environmental temperature is lower than the threshold value, compared to the case where the environmental temperature is equal to or higher than the threshold value.
In the structure of 00, the temperature increase rate of the directly heated portion A that is not significantly affected by the environmental temperature can be suppressed, and the temperature increase rate of the indirectly heated portion B that is easily affected by the environmental temperature Since the temperature difference between the part A and the part B can be reduced by not suppressing the stress, the stress can be suppressed and damage to the structure can be suppressed.

さらに、環境温度が高い場合に比べ環境温度が低い場合に増加する構造体へのダメージを、環境温度に対しステップ毎に抑制できるため、水素生成装置400の寿命を長くすることができる。   Furthermore, since damage to the structure, which increases when the environmental temperature is low compared to when the environmental temperature is high, can be suppressed for each step with respect to the environmental temperature, the life of the hydrogen generator 400 can be extended.

ただし、環境温度の閾値の設定数は本実施例で設定した数の限りではなく、閾値を等間隔に設定しなくとも良い。また、加熱量に関しても各加熱量に限るものではない。   However, the set number of threshold values of the environmental temperature is not limited to the number set in the present embodiment, and the threshold values need not be set at equal intervals. Further, the heating amount is not limited to each heating amount.

(実施例3)
図5は、実施の形態1の実施例3にかかる水素生成装置400の起動時における加熱量と環境温度との関係の一例を示す特性図である。
Example 3
FIG. 5 is a characteristic diagram illustrating an example of the relationship between the heating amount and the environmental temperature when the hydrogen generator 400 according to Example 3 of the first embodiment is started.

実施例3の水素生成装置400の構成、起動方法は、実施例1の水素生成装置400と同様のため、重複する説明を省略する。   The configuration and activation method of the hydrogen generator 400 according to the third embodiment are the same as those of the hydrogen generator 400 according to the first embodiment, and thus redundant description is omitted.

本実施例では、図5に示すように、環境温度が低いほど加熱量を小さくするように、環境温度と加熱量を関数の関係に設定して、環境温度と加熱量を連続的に設定するようにした。   In this embodiment, as shown in FIG. 5, the environmental temperature and the heating amount are set in a function relationship so that the heating amount is decreased as the environmental temperature is lower, and the environmental temperature and the heating amount are continuously set. I did it.

具体的には、環境温度Teと加熱量Wが、
W=0.22×Te+26.7
で示される一次関数となるよう、加熱量を設定し、その結果、環境温度が−30℃の際、水素生成装置400の起動時における加熱量を20kJ/minに設定し、60℃の場合に、加熱量を40kJ/minに設定するよう、改質器100の昇温を行った。
Specifically, the environmental temperature Te and the heating amount W are
W = 0.22 × Te + 26.7
As a result, when the environmental temperature is −30 ° C., the heating amount at the start of the hydrogen generator 400 is set to 20 kJ / min, and when it is 60 ° C. The reformer 100 was heated to set the heating amount to 40 kJ / min.

以上のように、本実施例においては、環境温度が低い場合に加熱量が小さくなるよう、環境温度により連続的に加熱量を設定することにより、水素生成装置400の構造体のうちで、環境温度の影響をあまり受けない直接加熱される部位Aの昇温速度を抑えることができ、環境温度の影響を受けやすい間接的に加熱される部分Bの昇温速度を抑えないことで、部位Aと部位B間の温度差を小さくすることができるため、応力を抑制し、構造体へのダメージを抑制することができる。   As described above, in this embodiment, by setting the heating amount continuously according to the environmental temperature so that the heating amount becomes small when the environmental temperature is low, the environment of the structure of the hydrogen generator 400 is reduced. The temperature increase rate of the directly heated portion A that is not greatly affected by the temperature can be suppressed, and the temperature increase rate of the indirectly heated portion B that is easily affected by the environmental temperature is not suppressed. And the temperature difference between the parts B can be reduced, so that stress can be suppressed and damage to the structure can be suppressed.

さらに、環境温度が高い場合に比べ環境温度が低い場合に増加する構造体へのダメージを環境温度に対し連続的に設定し抑制できるため、水素生成装置400の寿命を長くすることができる。   Furthermore, since the damage to the structure that increases when the environmental temperature is low compared to when the environmental temperature is high can be set and suppressed continuously with respect to the environmental temperature, the life of the hydrogen generator 400 can be extended.

ここでは、環境温度と加熱量の関係を一次関数で設定しているがこの限りではなく、他の関数でも良いし、閾値を設けて、それぞれ異なる関数を設定しても良い。また、加熱量に関しても各加熱量に限るものではない。   Here, the relationship between the environmental temperature and the heating amount is set by a linear function. However, the present invention is not limited to this, and other functions may be used, or different functions may be set by providing threshold values. Further, the heating amount is not limited to each heating amount.

(実施例4)
図6は、実施の形態1の実施例4にかかる水素生成装置400における起動方法の一例を示すフローチャートである。また、実施の形態1の実施例4にかかる水素生成装置400の起動時における加熱量と環境温度および改質器温度検知器80の検知温度との関係の一例を(表1)に示す。
Example 4
FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of a startup method in the hydrogen generator 400 according to the fourth example of the first embodiment. In addition, Table 1 shows an example of the relationship between the heating amount, the environmental temperature, and the detected temperature of the reformer temperature detector 80 when the hydrogen generator 400 according to Example 4 of the first embodiment is started.

Figure 2016132585
実施例4の水素生成装置400の構成については、実施例1の水素生成装置400と同様のため、重複する説明を省略する。
Figure 2016132585
About the structure of the hydrogen generator 400 of Example 4, since it is the same as that of the hydrogen generator 400 of Example 1, the overlapping description is abbreviate | omitted.

実施例4の水素生成装置400の起動方法について、図6のフローチャートを用いて説明する。   A method for starting the hydrogen generator 400 according to the fourth embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.

まず、制御器300に起動開始指令が入力される(ステップS100)。次に、環境温度Teと第1閾値Aの大小、改質器温度検知器80の検知温度Teと第2閾値Bの大小を比較し(ステップS107)、Te≧AまたはTr≧Bの場合は、ステップS105へ移行し、Te<AかつTr<Bの場合は、ステップS102へ移行する。   First, an activation start command is input to the controller 300 (step S100). Next, the environmental temperature Te is compared with the first threshold value A, and the detected temperature Te of the reformer temperature detector 80 is compared with the second threshold value B (step S107). If Te ≧ A or Tr ≧ B, The process proceeds to step S105, and if Te <A and Tr <B, the process proceeds to step S102.

なお、本実施例では、(表1)に示すように、第1閾値Aを0℃、第2閾値Bを30℃とした。水素生成装置400の構造体及び触媒の耐久性の観点からみて、起動時に発生する応力が許容できる環境温度であり、起動時間が長くなる頻度を抑制でき、商品性が損なわれない環境温度である。   In this example, as shown in Table 1, the first threshold A was 0 ° C. and the second threshold B was 30 ° C. From the viewpoint of the durability of the structure of the hydrogen generator 400 and the catalyst, it is an environmental temperature at which stress generated at the time of start-up can be tolerated, the frequency at which the start-up time can be increased, and the commerciality is not impaired. .

これにより環境温度が相対的に高い場合よりも、環境温度が相対的に低い場合に、大きくなる負荷を抑制することができるため水素生成装置400の耐久性を維持することができ、さらに起動時間が長くなる頻度を抑制できるため、商品性を損なうことがない。   Thereby, since the load which becomes large can be suppressed when the environmental temperature is relatively lower than when the environmental temperature is relatively high, the durability of the hydrogen generator 400 can be maintained, and the startup time can be further increased. Can suppress the frequency with which the product becomes long, so that merchantability is not impaired.

ステップS107で環境温度がTe≧A、または、改質器温度検知器80の検知温度がTr≧Bである場合は、第1加熱量による加熱を開始する(ステップS104)。この場合、加熱器20において、点火装置(図示せず)により点火された原料ガスは燃焼用空気と共に燃焼する。   When the ambient temperature is Te ≧ A or the detected temperature of the reformer temperature detector 80 is Tr ≧ B in step S107, heating by the first heating amount is started (step S104). In this case, in the heater 20, the raw material gas ignited by an ignition device (not shown) is burned together with the combustion air.

原料ガスは加熱器20による加熱量が第1加熱量となるように供給され、燃焼により発生した熱は、改質器100およびCO低減器150に伝わり、改質器100およびCO低減器150を昇温する。なお、同時にヒータによる加熱を併用しても良い。(表1)に示すように、第1加熱量は本実施例では40kJ/minとした。   The raw material gas is supplied so that the heating amount by the heater 20 becomes the first heating amount, and the heat generated by the combustion is transmitted to the reformer 100 and the CO reducer 150, and the reformer 100 and the CO reducer 150 are Raise the temperature. At the same time, heating by a heater may be used in combination. As shown in Table 1, the first heating amount was 40 kJ / min in this example.

ステップS107で環境温度がTe≧A、かつ、改質器温度検知器80の検知温度がTr≧Bである場合は、第1加熱量より小さい第2加熱量による加熱を開始する(ステップS102)。(表1)に示すように、第1加熱量は本実施例では、20kJ/minとした。   If the ambient temperature is Te ≧ A and the temperature detected by the reformer temperature detector 80 is Tr ≧ B in step S107, heating by the second heating amount smaller than the first heating amount is started (step S102). . As shown in Table 1, the first heating amount was 20 kJ / min in this example.

次に水供給器51から水が供給され、改質反応が開始する(ステップS103)。ステップS102,S103においては、加熱量以外は、ステップS104,S105と同様のため、説明を省略する。   Next, water is supplied from the water supplier 51, and the reforming reaction starts (step S103). Since steps S102 and S103 are the same as steps S104 and S105 except for the heating amount, description thereof is omitted.

以上のように、本実施例においては、環境温度と改質器温度検知器80の検知温度にそれぞれ閾値を設け、環境温度が閾値以上の場合よりも閾値より低い場合に、加熱量を小さ
くすることにより、水素生成装置400の構造体のうち、環境温度の影響をあまり受けない直接加熱される部位Aの昇温速度を抑えることができ、環境温度の影響を受けやすい間接的に加熱される部分Bの昇温速度を抑えないことで、部位Aと部位B間の温度差を小さくすることができるため、応力を抑制し、構造体へのダメージを抑制することができる。
As described above, in this embodiment, threshold values are provided for the environmental temperature and the temperature detected by the reformer temperature detector 80, respectively, and the heating amount is reduced when the environmental temperature is lower than the threshold value when it is equal to or higher than the threshold value. As a result, it is possible to suppress the temperature increase rate of the portion A that is directly heated in the structure of the hydrogen generator 400 that is not significantly affected by the environmental temperature, and is indirectly heated that is easily affected by the environmental temperature. By not suppressing the temperature increase rate of the part B, the temperature difference between the part A and the part B can be reduced, so that stress can be suppressed and damage to the structure can be suppressed.

ここで、改質器温度検知器80の検知温度が閾値以上である場合、つまり、前回の停止動作からの経時時間が比較的短く、反応器の温度が比較的高い場合には、起動時に所定温度まで昇温させるための加熱量の積算量が少なくなる。   Here, when the temperature detected by the reformer temperature detector 80 is equal to or higher than the threshold value, that is, when the elapsed time from the previous stop operation is relatively short and the temperature of the reactor is relatively high, the predetermined temperature at the start-up is determined. The cumulative amount of heating for raising the temperature to the temperature is reduced.

また、停止動作中には、水素生成装置400の構造体の一部である、直接加熱される部位Aも間接的に加熱される部分Bもほぼ同等であり、起動時に、間接的に加熱される部分Bを昇温させる加熱量の積算量が特に少なくなる。   In addition, during the stop operation, the part A that is directly heated and the part B that is indirectly heated, which are part of the structure of the hydrogen generator 400, are substantially the same, and are heated indirectly during startup. In particular, the integrated amount of the heating amount for raising the temperature of the portion B is reduced.

そのため、環境温度が閾値より低くても、改質器温度検知器80の検知温度が閾値以上である場合、加熱量を小さくしなくても、直接加熱される部位Aも間接的に加熱される部分Bにかかる応力は、大きくならない。加熱量を小さくしないことで、起動時間が長くなる頻度を抑制できるため、商品性を損なうことを防ぐことができる。   Therefore, even if the environmental temperature is lower than the threshold value, when the temperature detected by the reformer temperature detector 80 is equal to or higher than the threshold value, the directly heated portion A is also indirectly heated without reducing the heating amount. The stress applied to the portion B does not increase. By not reducing the heating amount, it is possible to suppress the frequency with which the start-up time becomes long, and thus it is possible to prevent the merchantability from being impaired.

ここでは、環境温度の閾値を0℃、改質器温度検知器80の検知温度の閾値を30℃と設定しているが、この温度に限るものではない。また、改質器温度検知器80の検知温度は、CO低減器検知器90の検知温度や他の反応器検知器温度でも良く、加熱量に関しても各加熱量に限るものではない。   Here, the threshold value of the environmental temperature is set to 0 ° C., and the threshold value of the temperature detected by the reformer temperature detector 80 is set to 30 ° C., but is not limited to this temperature. Further, the temperature detected by the reformer temperature detector 80 may be the temperature detected by the CO reducer detector 90 or other reactor detector temperature, and the heating amount is not limited to each heating amount.

(実施例5)
実施の形態1の実施例5にかかる水素生成装置400の起動時における加熱量と環境温度および改質器温度検知器80の検知温度との関係の一例を(表2)に示す。
(Example 5)
An example of the relationship between the heating amount, the environmental temperature, and the detected temperature of the reformer temperature detector 80 when the hydrogen generator 400 according to Example 5 of the first embodiment is started up is shown in (Table 2).

Figure 2016132585
実施例5の水素生成装置400の構成については、実施例1の水素生成装置400と同様であり、起動方法は実施例4と同様のため、重複する説明を省略する。
Figure 2016132585
The configuration of the hydrogen generator 400 of the fifth embodiment is the same as that of the hydrogen generator 400 of the first embodiment, and the startup method is the same as that of the fourth embodiment.

本実施例では、(表2)に示すように、環境温度および改質器温度検出器80の検知温度に複数の閾値を設定し、環境温度が低いほど、また、改質器温度検出器80の検知温度が低いほど、加熱量を小さくするようステップ状に設定した。   In this embodiment, as shown in (Table 2), a plurality of threshold values are set for the environmental temperature and the detection temperature of the reformer temperature detector 80. The lower the environmental temperature is, the more the reformer temperature detector 80 is. The lower the detected temperature, the smaller the heating amount was set in a step shape.

具体的には、環境温度が−12℃未満である場合に、水素生成装置400の起動時における加熱量を20kJ/minに設定し、環境温度が−12℃以上6℃未満である場合に加熱量25kJ/minに設定し、以降、24℃、42℃に閾値を設け、42℃以上の場合に、加熱量を40kJ/minに設定し、改質器100の昇温を行った。   Specifically, when the environmental temperature is less than −12 ° C., the heating amount when the hydrogen generator 400 is started is set to 20 kJ / min, and the heating is performed when the environmental temperature is −12 ° C. or more and less than 6 ° C. The amount was set to 25 kJ / min. Thereafter, threshold values were set at 24 ° C. and 42 ° C., and when the temperature was 42 ° C. or higher, the heating amount was set to 40 kJ / min, and the temperature of the reformer 100 was increased.

以上のように、本実施例においては、環境温度および改質器温度検知器80の検知温度に複数の閾値を設け、環境温度が閾値以上の場合よりも閾値より低い場合には、加熱量を小さくし、改質器温度検知器80の検知温度が閾値以上の場合よりも、閾値より低い場合に、加熱量を小さくすることにより、水素生成装置400の構造体のうち、環境温度の影響をあまり受けない直接加熱される部位Aの昇温速度を抑えることができ、環境温度の影響を受けやすい間接的に加熱される部分Bの昇温速度を抑えないことで、部位Aと部位B間の温度差を小さくすることができるため、応力を抑制し、構造体へのダメージを抑制することができる。   As described above, in this embodiment, a plurality of threshold values are provided for the environmental temperature and the detection temperature of the reformer temperature detector 80, and when the environmental temperature is lower than the threshold value, the heating amount is set. When the temperature detected by the reformer temperature detector 80 is lower than the threshold value, the heating amount is reduced when the temperature detected by the reformer temperature detector 80 is equal to or higher than the threshold value. It is possible to suppress the temperature increase rate of the directly heated portion A, which is not so much affected, and by not suppressing the temperature increase rate of the indirectly heated portion B which is easily affected by the environmental temperature, between the portion A and the portion B Therefore, the stress can be suppressed and damage to the structure can be suppressed.

さらに、環境温度が閾値より低くても、改質器温度検知器80の検知温度が閾値以上である場合、加熱量を小さくしないことで、直接加熱される部位Aも間接的に加熱される部分Bにかかる応力は、大きくならない。そのため、起動時間が長くなる頻度を抑制できるので、商品性を損なうことを防ぐことができる。   Furthermore, even if the environmental temperature is lower than the threshold, if the temperature detected by the reformer temperature detector 80 is equal to or higher than the threshold, the portion A that is directly heated is also indirectly heated by not reducing the heating amount. The stress applied to B does not increase. For this reason, the frequency with which the startup time is lengthened can be suppressed, so that the merchantability can be prevented from being impaired.

また、構造体へのダメージの抑制と起動時間の長期化抑制をステップ毎に設定できるため、寿命と商品性にバランスの取れた商品を提供できる。   In addition, since it is possible to set the suppression of damage to the structure and the suppression of prolonging the startup time for each step, it is possible to provide a product with a balance between the life and the merchantability.

ただし、環境温度の閾値の設定数および改質器温度検知器80の検知温度の閾値の設定数は、本実施例で設定した数の限りではなく、閾値を等間隔に設定しなくとも良い。さらに、環境温度および改質器温度検知器80の検知温度と加熱量に連続的な関係性を設定しても良い。また、改質器温度検知器80の検知温度は、CO低減器検知器90の検知温度や他の反応器検知器温度でも良く、加熱量に関しても本実施例に記載の加熱量に限るものではない。   However, the setting number of the environmental temperature threshold value and the setting number of the detection temperature threshold value of the reformer temperature detector 80 are not limited to the numbers set in this embodiment, and the threshold values may not be set at equal intervals. Furthermore, a continuous relationship may be set between the environmental temperature and the temperature detected by the reformer temperature detector 80 and the heating amount. The temperature detected by the reformer temperature detector 80 may be the temperature detected by the CO reducer detector 90 or other reactor detector temperature, and the heating amount is not limited to the heating amount described in this embodiment. Absent.

(変形例1)
図7は、実施の形態1の変形例1にかかる水素生成装置400の構成の一例を示すブロック図である。
(Modification 1)
FIG. 7 is a block diagram illustrating an example of a configuration of the hydrogen generator 400 according to the first modification of the first embodiment.

変形例1の水素生成装置400の起動方法は、実施例1から実施例5の水素生成装置400と同様のため、重複する説明を省略する。   Since the method for starting the hydrogen generator 400 according to the first modification is the same as that of the hydrogen generator 400 according to the first to fifth embodiments, redundant description is omitted.

変形例1では、水素生成装置400の周囲に周囲温度を検知可能な周囲温度検知器81を備える。周辺温度検知器81には、熱電対を用い、水素生成装置400の構造体を覆った断熱材の外部に設置した。水素生成装置400の内部温度状態に左右されない周囲温度測定することが望ましいが、検知された値と運転状態を加味して周囲温度を推定できるのであれば、水素生成装置400の近傍に温度検知部を設置しても構わない。周囲温度検知器81としては熱電対の他にサーミスタなどが例示される。   In the first modification, an ambient temperature detector 81 capable of detecting the ambient temperature is provided around the hydrogen generator 400. The ambient temperature detector 81 was installed outside the heat insulating material covering the structure of the hydrogen generator 400 using a thermocouple. Although it is desirable to measure the ambient temperature independent of the internal temperature state of the hydrogen generator 400, if the ambient temperature can be estimated by taking into account the detected value and the operating state, a temperature detector is provided in the vicinity of the hydrogen generator 400. May be installed. Examples of the ambient temperature detector 81 include a thermistor in addition to a thermocouple.

また、水素利用機器201や配管、筐体内に温度検知器が設けられているのであれば、それらの検知温度を周囲温度として用いても良い。   Moreover, if the temperature detector is provided in the hydrogen utilization apparatus 201, piping, or a housing | casing, you may use those detection temperatures as ambient temperature.

それ以外の構成は図1と同様であるため、重複する説明を省略する。   Since the other configuration is the same as that of FIG.

以上のように、本変形例においては、水素生成装置400の周囲温度より環境温度を算出することで、環境温度を直接検知する検知器を備えない場合でも、環境温度が低くなる場合に、水素生成装置400の構造体の応力を抑制し、構造体へのダメージを抑制することができる。その結果、水素生成装置400の寿命を延ばすことができる。   As described above, in this modification, the environmental temperature is calculated from the ambient temperature of the hydrogen generator 400, so that even when a detector that directly detects the environmental temperature is not provided, The stress of the structure of the generator 400 can be suppressed, and damage to the structure can be suppressed. As a result, the life of the hydrogen generator 400 can be extended.

(変形例2)
変形例2の水素生成装置400の構成は、図1に示す水素生成装置400の構成と同様
であり、変形例2の水素生成装置400の起動方法は、実施例1から実施例5の水素生成装置400の起動方法と同様のため、重複する説明を省略する。
(Modification 2)
The configuration of the hydrogen generator 400 of the second modification is the same as the configuration of the hydrogen generator 400 shown in FIG. 1, and the method for starting the hydrogen generator 400 of the second modification is the same as that of the first to fifth embodiments. Since it is the same as the starting method of the apparatus 400, the overlapping description is abbreviate | omitted.

本変形例では、反応器温度検知器として、改質器100の温度を検知する改質器温度検知器80を用いた。通常の水素生成装置400の運転動作時には、改質器100の温度は環境温度に比べ高くなっているが、停止動作に入り、十分な時間が経った後には、環境温度と差がなく、環境温度の測定手段として用いることができる。改質器温度検知器80としては、熱電対やサーミスタなどが例示される。   In this modification, a reformer temperature detector 80 that detects the temperature of the reformer 100 is used as the reactor temperature detector. During the operation of the normal hydrogen generator 400, the temperature of the reformer 100 is higher than the environmental temperature, but after entering a stop operation and after a sufficient time has passed, there is no difference from the environmental temperature. It can be used as a temperature measuring means. Examples of the reformer temperature detector 80 include a thermocouple and a thermistor.

以上のように、本変形例においては、水素生成装置400の温度制御に通常備えられている反応器温度検知器より環境温度を算出することで、環境温度を直接検知する検知器を備えない場合でも、環境温度が低くなる場合に、水素生成装置400の構造体の応力を抑制し、構造体へのダメージを抑制することができる。その結果、水素生成装置400の寿命を延ばすことができる。また、新たな温度検知器を用いず、その効果を安価に得ることができる。   As described above, in the present modification, the detector for directly detecting the environmental temperature is not provided by calculating the environmental temperature from the reactor temperature detector normally provided for the temperature control of the hydrogen generator 400. However, when the environmental temperature is low, the stress of the structure of the hydrogen generator 400 can be suppressed, and damage to the structure can be suppressed. As a result, the life of the hydrogen generator 400 can be extended. In addition, the effect can be obtained at low cost without using a new temperature detector.

(変形例3)
変形例3の水素生成装置400の構成は、図1に示す水素生成装置400の構成と同様であり、変形例3の水素生成装置400の起動方法は、実施例1から実施例5の水素生成装置400の起動方法と同様のため、重複する説明を省略する。
(Modification 3)
The configuration of the hydrogen generator 400 of Modification 3 is the same as the configuration of the hydrogen generator 400 shown in FIG. 1, and the startup method of the hydrogen generator 400 of Modification 3 is the hydrogen generation of Embodiments 1 to 5. Since it is the same as the starting method of the apparatus 400, the overlapping description is abbreviate | omitted.

本変形例では、環境温度の測定手段として反応器温度検知器を用い、具体的には、改質器100の温度を検知する改質器温度検知器80を用いた。通常の水素生成装置400の運転動作時には、改質器100の温度は環境温度に比べ高くなっているが、停止動作に入り、十分な時間が経った後には、環境温度と差がなく、環境温度の測定手段として用いることができる。改質器温度検知器80としては熱電対やサーミスタなどが例示される。   In this modification, a reactor temperature detector is used as the environmental temperature measurement means, and specifically, a reformer temperature detector 80 that detects the temperature of the reformer 100 is used. During the operation of the normal hydrogen generator 400, the temperature of the reformer 100 is higher than the environmental temperature, but after entering a stop operation and after a sufficient time has passed, there is no difference from the environmental temperature. It can be used as a temperature measuring means. Examples of the reformer temperature detector 80 include a thermocouple and a thermistor.

以上のように、本変形例においては、水素生成装置400の温度制御に通常備えられている反応器温度検知器により環境温度を算出することで、環境温度を直接検知する検知器を備えない場合でも、環境温度が低くなる場合に、水素生成装置400の構造体の応力を抑制し、構造体へのダメージを抑制することができる。その結果、水素生成装置400の寿命を延ばすことができる。また、新たな温度検知器を用いず、その効果を安価に得ることができる。   As described above, in this modification, the detector for directly detecting the environmental temperature is not provided by calculating the environmental temperature with the reactor temperature detector normally provided for the temperature control of the hydrogen generator 400. However, when the environmental temperature is low, the stress of the structure of the hydrogen generator 400 can be suppressed, and damage to the structure can be suppressed. As a result, the life of the hydrogen generator 400 can be extended. In addition, the effect can be obtained at low cost without using a new temperature detector.

なお、本変形例では、環境温度の測定手段として反応器温度検知器である改質器温度検知器80を用いたが、CO低減器温度検知器90であっても、その他の反応器の温度検知器、あるいはその複数を用いても良い。   In this modification, the reformer temperature detector 80, which is a reactor temperature detector, is used as the environmental temperature measurement means. However, even if the CO reducer temperature detector 90 is used, the temperature of other reactors is measured. A detector or a plurality of detectors may be used.

(変形例4)
実施の形態1の変形例4にかかる水素生成装置400の停止時における改質器温度の低下速度と環境温度の関係の一例を(表3)に示す。
(Modification 4)
An example of the relationship between the reduction rate of the reformer temperature and the environmental temperature when the hydrogen generator 400 according to the fourth modification of the first embodiment is stopped is shown in (Table 3).

Figure 2016132585
変形例4の水素生成装置400の構成は、図1に示す水素生成装置400の構成と同様であり、変形例4の水素生成装置400の起動方法は、実施例1から実施例5の水素生成装置400の起動方法と同様のため、重複する説明を省略する。
Figure 2016132585
The configuration of the hydrogen generator 400 of the modification 4 is the same as the configuration of the hydrogen generator 400 shown in FIG. 1, and the startup method of the hydrogen generator 400 of the modification 4 is the hydrogen generation of the first to fifth embodiments. Since it is the same as the starting method of the apparatus 400, the overlapping description is abbreviate | omitted.

本変形例では、環境温度の測定手段として加熱器20による加熱を停止した際の反応器温度検知器によって検知される反応器温度の低下速度を用いた。具体的には、改質器温度検知器80が検知した改質器100の改質器温度の低下速度を用いた。   In this modification, the rate of decrease in the reactor temperature detected by the reactor temperature detector when heating by the heater 20 is stopped is used as the environmental temperature measurement means. Specifically, the reformer temperature decrease rate of the reformer 100 detected by the reformer temperature detector 80 was used.

改質器温度の低下速度を、改質器温度検知器80から出力される改質器温度とその経過時間から制御器300に備えられた演算部301にて算出し、予め記憶部302に格納されている、改質器温度の低下速度と環境温度の関係テーブル(表3)を読み出して環境温度を算出した。   The reduction rate of the reformer temperature is calculated by the arithmetic unit 301 provided in the controller 300 from the reformer temperature output from the reformer temperature detector 80 and the elapsed time, and stored in the storage unit 302 in advance. The environmental temperature was calculated by reading the relationship table (Table 3) between the reforming rate of the reformer temperature and the environmental temperature.

以上のように、本変形例においては、水素生成装置400の温度制御に通常備えられている反応器温度検知器により算出される反応器温度の低下速度から環境温度を算出することで、環境温度を直接検知する検知器を備えない場合でも、環境温度が低くなる場合に、水素生成装置400の構造体の応力を抑制し、構造体へのダメージを抑制することができる。   As described above, in this modification, the environmental temperature is calculated by calculating the environmental temperature from the rate of decrease in the reactor temperature calculated by the reactor temperature detector normally provided for the temperature control of the hydrogen generator 400. Even when a detector that directly detects the above is not provided, when the environmental temperature is low, the stress of the structure of the hydrogen generator 400 can be suppressed, and damage to the structure can be suppressed.

その結果、水素生成装置400の寿命を延ばすことができる。また、新たな温度検知器を用いず、その効果を安価に得ることができる。さらに、水素生成装置400が停止し十分冷却された状態だけでなく、停止動作直後から環境温度の推定が可能となる
なお、本変形例では改質器温度の低下速度と環境温度の関係テーブル(表3)を用いたが、改質器100の温度の低下速度と環境温度の関係を示す関数を用いても良い。
As a result, the life of the hydrogen generator 400 can be extended. In addition, the effect can be obtained at low cost without using a new temperature detector. Furthermore, the environmental temperature can be estimated not only after the hydrogen generator 400 is stopped and sufficiently cooled, but also immediately after the stop operation. In this modification, the relationship table between the reforming rate of the reformer temperature and the environmental temperature ( Although Table 3) is used, a function indicating the relationship between the temperature decrease rate of the reformer 100 and the environmental temperature may be used.

また、停止動作に入ってからの経過時間により、異なる関係テーブルや関数を設定しても良い。   Further, different relationship tables and functions may be set according to the elapsed time since the stop operation was started.

また、環境温度の測定手段として、改質器温度検知器80により検知した改質器100の改質器温度の低下速度を用いたが、CO低減器温度検知器90により検知したCO低減器150のCO低減器温度の低下速度であっても、その他の反応器の温度の低下速度、あるいは、その複数を用いても良い。   Further, as the environmental temperature measurement means, the rate of decrease in the reformer temperature of the reformer 100 detected by the reformer temperature detector 80 is used, but the CO reducer 150 detected by the CO reducer temperature detector 90 is used. The temperature reduction rate of the CO reducer, the rate of temperature reduction of other reactors, or a plurality of them may be used.

また、本変形例では加熱器20による加熱を停止した際の改質器温度の低下速度を用いたが、加熱器20による加熱量を一定にした際の改質器温度の低下速度を用いても良い。   In this modification, the rate of decrease in reformer temperature when heating by the heater 20 is stopped is used. However, the rate of decrease in reformer temperature when the amount of heating by the heater 20 is constant is used. Also good.

(変形例5)
実施の形態1の変形例5にかかる水素生成装置400の起動時における改質器温度の上昇速度と環境温度の関係の一例を(表4)に示す。
(Modification 5)
An example of the relationship between the rise rate of the reformer temperature and the environmental temperature when the hydrogen generator 400 according to the fifth modification of the first embodiment is started is shown in (Table 4).

Figure 2016132585
変形例5の水素生成装置400の構成は、図1に示す水素生成装置400の構成と同様であり、変形例5の水素生成装置400の起動方法は、実施例1から実施例5の水素生成装置400の起動方法と同様のため、重複する説明を省略する。
Figure 2016132585
The configuration of the hydrogen generator 400 of Modification 5 is the same as the configuration of the hydrogen generator 400 shown in FIG. 1, and the startup method of the hydrogen generator 400 of Modification 5 is the hydrogen generation of Embodiments 1 to 5. Since it is the same as the starting method of the apparatus 400, the overlapping description is abbreviate | omitted.

本変形例では、環境温度の測定手段として加熱器20による加熱量を一定にした際の反応器温度検知器によって検知される反応器温度の上昇速度を用いた。具体的には、改質器温度検知器80が検知した改質器100の改質器温度の上昇速度を用いた。   In this modification, the temperature increase rate of the reactor detected by the reactor temperature detector when the heating amount by the heater 20 is made constant is used as the environmental temperature measuring means. Specifically, the rate of increase in the reformer temperature of the reformer 100 detected by the reformer temperature detector 80 was used.

改質器温度の上昇速度を、改質器温度検知器80から出力される改質器温度とその経過時間から制御器300に備えられた演算部301にて算出し、予め記憶部302に格納されている、改質器温度の低下速度と環境温度の関係テーブル(表4)を読み出して環境温度を算出した。   The rate of rise of the reformer temperature is calculated by the arithmetic unit 301 provided in the controller 300 from the reformer temperature output from the reformer temperature detector 80 and its elapsed time, and stored in the storage unit 302 in advance. The environmental temperature was calculated by reading the relationship table (Table 4) between the reforming rate of the reformer temperature and the environmental temperature.

以上のように、本変形例においては、水素生成装置400の温度制御に通常備えられている反応器温度検知器により算出される反応器温度の上昇速度から環境温度を算出することで、環境温度を直接検知する検知器を備えない場合でも、環境温度が低くなる場合に、水素生成装置400の構造体の応力を抑制し、構造体へのダメージを抑制することができる。   As described above, in this modification, the environmental temperature is calculated by calculating the environmental temperature from the rate of increase of the reactor temperature calculated by the reactor temperature detector that is normally provided for the temperature control of the hydrogen generator 400. Even when a detector that directly detects the above is not provided, when the environmental temperature is low, the stress of the structure of the hydrogen generator 400 can be suppressed, and damage to the structure can be suppressed.

その結果、水素生成装置400の寿命を延ばすことができる。また、新たな温度検知器を用いず、その効果を安価に得ることができる。さらに、水素生成装置400が停止動作以降でなく、起動時に環境温度の推定が可能となる
なお、本変形例では改質器温度の上昇速度と環境温度の関係テーブル(表4)を用いたが、改質器温度の上昇速度と環境温度の関係を示す関数を用いても良い。
As a result, the life of the hydrogen generator 400 can be extended. In addition, the effect can be obtained at low cost without using a new temperature detector. Furthermore, the environmental temperature can be estimated at the time of starting the hydrogen generator 400 after the stop operation, but in this modification, the relationship table of the reformer temperature and the environmental temperature is used (Table 4). Alternatively, a function indicating the relationship between the rise rate of the reformer temperature and the environmental temperature may be used.

また、起動動作に入ってからの経過時間により、異なる関係テーブルや関数を設定しても良い。   Further, different relationship tables and functions may be set according to the elapsed time since the start operation.

また、環境温度の測定手段として、改質器温度検知器80により検知した改質器100の改質器温度の上昇速度を用いたが、CO低減器温度検知器90により検知したCO低減器150のCO低減器温度の上昇速度であっても、その他の反応器の温度の上昇速度、あるいはその複数を用いても良い。   In addition, as the environmental temperature measurement means, the rate of increase in the reformer temperature of the reformer 100 detected by the reformer temperature detector 80 is used, but the CO reducer 150 detected by the CO reducer temperature detector 90 is used. The temperature increase rate of the CO reducer, the temperature increase rate of other reactors, or a plurality of them may be used.

(実施の形態2)
図8は、本発明の実施の形態2に係る燃料電池システムの構成の一例を示すブロック図である。
(Embodiment 2)
FIG. 8 is a block diagram showing an example of the configuration of the fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention.

図8に示すように、本実施の形態の燃料電池システム500aは、水素生成装置400と、燃料電池200とを備える。   As shown in FIG. 8, the fuel cell system 500 a of the present embodiment includes a hydrogen generator 400 and a fuel cell 200.

この燃料電池200は、水素生成装置400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200は、水素含有ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電する。本実施の形態では、燃料電池200に固体高分子形燃料電池(PEFC)を用いたが、いずれの種類の燃料電池であっても良く、他には、例えば、固体酸化物形燃料電池、リン酸形燃料電池、または溶融炭酸塩形燃料電池等を用いることができる。   The fuel cell 200 generates power using the hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen generator 400. The fuel cell 200 generates electricity by reacting a hydrogen-containing gas with an oxidant gas. In the present embodiment, a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) is used as the fuel cell 200, but any type of fuel cell may be used. Other examples include a solid oxide fuel cell, a phosphorous cell, and the like. An acid fuel cell, a molten carbonate fuel cell, or the like can be used.

水素生成装置400から燃料電池200に至る水素供給経路41には封止器40を設置し、燃料電池200から加熱器20に至る燃料供給経路42と水素供給経路41にバイパス経路43を設置し、バイパス経路43にバイパス封止器44を設置した。燃料電池システム500aは、制御器300を備える。制御器300は、演算部301の本体としての中央演算処理装置(CPU)と記憶部302を備えている。   A sealer 40 is installed in the hydrogen supply path 41 from the hydrogen generator 400 to the fuel cell 200, a bypass path 43 is installed in the fuel supply path 42 and the hydrogen supply path 41 from the fuel cell 200 to the heater 20, A bypass sealer 44 was installed in the bypass path 43. The fuel cell system 500a includes a controller 300. The controller 300 includes a central processing unit (CPU) as a main body of the calculation unit 301 and a storage unit 302.

原料供給器31から改質器100に至る原料の供給路の途中には、原料の供給量を検出する原料供給量検出器30が設けられ、その検出出力が演算部301に入力されている。また、水供給器51から改質器100に至る水の供給路の途中には、水の供給量を検出する水供給量検出器50が設けられ、その検出出力が演算部301に入力されている。   A raw material supply amount detector 30 for detecting the supply amount of the raw material is provided in the middle of the raw material supply path from the raw material supply device 31 to the reformer 100, and its detection output is input to the calculation unit 301. A water supply amount detector 50 that detects the amount of water supply is provided in the middle of the water supply path from the water supply device 51 to the reformer 100, and the detection output is input to the calculation unit 301. Yes.

原料供給量検出器30及び水供給量検出器50は、ここでは、それぞれ、マスフローメータ等の流量計で構成されている。制御器300に備えられる記憶部302には、燃料電池システム500aの各種の動作を制御するためのプログラムが格納されており、演算部301は、記憶部302から必要なプログラムを読み出して、これを実行することによって、燃料電池システム500aの各種の動作を制御する。   Here, the raw material supply amount detector 30 and the water supply amount detector 50 are each composed of a flow meter such as a mass flow meter. The storage unit 302 provided in the controller 300 stores a program for controlling various operations of the fuel cell system 500a. The calculation unit 301 reads out a necessary program from the storage unit 302 and stores it. By executing, various operations of the fuel cell system 500a are controlled.

燃料電池200から出力制御器61に至る電流経路には、発電電流検出器60が設けられ、その検出出力が演算部301に入力されている。発電電流検出器60は、ここでは、電流計で構成されている。また、この演算部301は、発電電流検出器60から得られた発電電流と出力制御器61から得られた発電電圧および発電時間より、発電量を検出することを可能としている。   A generated current detector 60 is provided in the current path from the fuel cell 200 to the output controller 61, and the detected output is input to the calculation unit 301. Here, the generated current detector 60 is composed of an ammeter. In addition, the calculation unit 301 can detect the power generation amount from the generated current obtained from the generated current detector 60, the generated voltage obtained from the output controller 61, and the generated time.

制御器300に備える演算部301は、これらの検出出力を含む各種の検出出力を入力されて上述の各構成要素を制御することにより、燃料電池システム500aの全体の動作を制御する。   The arithmetic unit 301 included in the controller 300 controls the overall operation of the fuel cell system 500a by inputting various detection outputs including these detection outputs and controlling the above-described components.

また、同じく制御器300に備えられる記憶部302には、燃料電池システム500aの各種の動作を制御するためのプログラムが格納されており、演算部301は、記憶部302から必要なプログラムを読み出して、これを実行することによって、燃料電池システム500aの各種の動作を制御する。   Similarly, the storage unit 302 provided in the controller 300 stores programs for controlling various operations of the fuel cell system 500a. The calculation unit 301 reads out necessary programs from the storage unit 302. By executing this, various operations of the fuel cell system 500a are controlled.

以下に、実施の形態2の燃料電池システム500aの動作、作用について説明する。なお、以下の動作、作用は、制御器300が水素生成装置400を制御することによって行われる。   The operation and action of the fuel cell system 500a according to Embodiment 2 will be described below. The following operations and actions are performed by the controller 300 controlling the hydrogen generator 400.

水素生成装置400が起動すると、加熱器20における燃焼を開始する。このとき、封止器40を閉止し、バイパス封止器44を開放し、水素供給経路41から分岐して伸び、加熱器20に至る燃焼用の燃料供給経路42がガス通気状態となっている。   When the hydrogen generator 400 is activated, combustion in the heater 20 is started. At this time, the sealer 40 is closed, the bypass sealer 44 is opened, the fuel supply path 42 for combustion reaching the heater 20 is branched from the hydrogen supply path 41 and extending to the heater 20. .

よって、原料供給器31の動作開始により原料が改質器100に供給されると、改質器100を通過した原料は、燃焼用の燃料供給経路42を用いて加熱器20に供給される。同時に、空気供給器71の動作開始により、燃焼用の空気が加熱器20に供給される。加熱器20において、点火電極(図示せず)により着火動作が行われ、燃焼用の空気を用いて、燃料の燃焼が起こる。このようにして、加熱器20から供給される燃焼熱により、改質器100が加熱される。   Therefore, when the raw material is supplied to the reformer 100 by starting the operation of the raw material supplier 31, the raw material that has passed through the reformer 100 is supplied to the heater 20 using the combustion fuel supply path 42. At the same time, combustion air is supplied to the heater 20 by starting the operation of the air supply device 71. In the heater 20, an ignition operation is performed by an ignition electrode (not shown), and fuel combustion occurs using combustion air. In this way, the reformer 100 is heated by the combustion heat supplied from the heater 20.

次いで、水供給器51の動作開始により、改質器100に水が供給される。水の供給開始後、改質器100で生成された水素含有ガスの組成が燃料電池200への供給に適した組成になった段階で、封止器40を開放、バイパス封止器44を閉止することで、燃料電池200に水素含有ガスが供給される。   Next, water is supplied to the reformer 100 when the operation of the water supplier 51 starts. After the start of water supply, when the composition of the hydrogen-containing gas generated in the reformer 100 becomes a composition suitable for supply to the fuel cell 200, the sealer 40 is opened and the bypass sealer 44 is closed. As a result, the hydrogen-containing gas is supplied to the fuel cell 200.

燃料電池200は、酸化剤供給経路(図示せず)から供給される酸化剤ガスと水素含有ガスを反応させて発電する。   The fuel cell 200 generates electricity by reacting an oxidant gas supplied from an oxidant supply path (not shown) and a hydrogen-containing gas.

燃料電池システム500aを停止させる場合、原料供給器31と水供給器51を停止させる。   When stopping the fuel cell system 500a, the raw material supplier 31 and the water supplier 51 are stopped.

本実施の形態では、制御器300は、環境温度30℃の際に水素生成装置400の起動時における加熱量を40kJ/minに設定し、改質器100の昇温を行った。   In the present embodiment, the controller 300 sets the heating amount at the startup of the hydrogen generator 400 to 40 kJ / min when the environmental temperature is 30 ° C., and raises the temperature of the reformer 100.

改質器100の構造体のうち、加熱器20と接触し、加熱器20により直接加熱される部位Aと、加熱器20と接触せず、伝熱により間接的に加熱される部位Bについて、起動開始より10分後の温度を測定計測したところ、部位Aは400℃、部位Bは280℃であった。   Of the structure of the reformer 100, the part A that contacts the heater 20 and is directly heated by the heater 20, and the part B that does not contact the heater 20 and is indirectly heated by heat transfer, When the temperature after 10 minutes from the start of measurement was measured and measured, the part A was 400 ° C. and the part B was 280 ° C.

環境温度−30℃の際に、水素生成装置400の起動時における加熱量を40kJ/minに設定し、改質器100の昇温を行った場合、起動開始より12分後に部位Aは400℃、部位Bは200℃となり、部位Aと部位Bとにかかる熱応力は、環境温度30℃の際の熱応力に比べ大きくなり、水素生成装置400の構造体へのダメージが大きくなる。   When the heating amount at the startup of the hydrogen generator 400 is set to 40 kJ / min when the environmental temperature is −30 ° C. and the temperature of the reformer 100 is increased, the site A is 400 ° C. 12 minutes after the start of the startup. The part B is 200 ° C., and the thermal stress applied to the part A and the part B is larger than the thermal stress at the environmental temperature of 30 ° C., and the damage to the structure of the hydrogen generator 400 is increased.

本実施の形態では、環境温度−30℃の際に、水素生成装置400の起動時における加熱量を環境温度30℃の際より小さい20kJ/minに設定し、改質器100の昇温を行った。その結果、起動開始より15分後の温度を測定計測したところ、部位Aは400℃、部位Bは285℃であった。   In the present embodiment, when the environmental temperature is −30 ° C., the heating amount at the startup of the hydrogen generator 400 is set to 20 kJ / min, which is smaller than that at the environmental temperature of 30 ° C., and the reformer 100 is heated. It was. As a result, when the temperature after 15 minutes from the start of measurement was measured, the site A was 400 ° C and the site B was 285 ° C.

以上のように本実施の形態においては、環境温度が相対的に高い場合に比べ、環境温度が低い場合に、加熱量を小さくすることにより、燃料電池システム500aを構成する水素生成装置400の構造体のうち、環境温度の影響をあまり受けない直接加熱される部位Aの昇温速度を抑え、環境温度の影響を受けやすい間接的に加熱される部分Bは部位Aからの伝熱で時間をかけて昇温させることで、部位Aと部位B間の温度差を小さくすることができるため、応力を抑制し、構造体へのダメージを抑制することができる。その結果、水素生成装置400ならびに燃料電池システム500aの寿命を延ばすことができる。   As described above, in the present embodiment, the structure of the hydrogen generator 400 constituting the fuel cell system 500a is reduced by reducing the heating amount when the environmental temperature is lower than when the environmental temperature is relatively high. In the body, the heating rate of the directly heated portion A that is not affected by the environmental temperature is suppressed, and the indirectly heated portion B that is easily affected by the environmental temperature takes time to transfer heat from the portion A. Since the temperature difference between the part A and the part B can be reduced by increasing the temperature over time, stress can be suppressed and damage to the structure can be suppressed. As a result, the lifetimes of the hydrogen generator 400 and the fuel cell system 500a can be extended.

(実施の形態3)
図9は、本発明の実施の形態3に係る燃料電池システムの構成の一例を示すブロック図
である。
(Embodiment 3)
FIG. 9 is a block diagram showing an example of the configuration of the fuel cell system according to Embodiment 3 of the present invention.

図9に示すように、実施の形態3の燃料電池システム500bでは、燃料電池200は改質器100と熱交換可能に構成されており、改質器100の加熱器として用いられている。   As shown in FIG. 9, in the fuel cell system 500b of Embodiment 3, the fuel cell 200 is configured to be able to exchange heat with the reformer 100 and is used as a heater of the reformer 100.

固体高分子形燃料電池は、高分子電解質膜を用い、通常80℃から90℃で作動する。高温でも200℃程度が限界とされており、改質器100の加熱器として用いられない。   A polymer electrolyte fuel cell uses a polymer electrolyte membrane and normally operates at 80 ° C. to 90 ° C. Even at high temperatures, the limit is about 200 ° C., and it is not used as a heater of the reformer 100.

しかし、固体酸化物形燃料電池は、耐熱性セラミックス系の電解質を用い、700℃から1000℃で作動し、運転温度が改質器100の設定温度600℃から700℃より高温であるため、改質器100の加熱器として用いることができる。また、溶融炭酸塩形燃料電池も作動温度は650℃から700℃であり、改質器100の加熱器として用いることができる。   However, the solid oxide fuel cell uses a heat-resistant ceramic-based electrolyte, operates at 700 ° C. to 1000 ° C., and the operating temperature is higher than the set temperature 600 ° C. to 700 ° C. of the reformer 100. It can be used as a heater for the mass device 100. The molten carbonate fuel cell also has an operating temperature of 650 ° C. to 700 ° C. and can be used as a heater for the reformer 100.

燃料電池システム500bは、燃料電池200を改質器100の加熱器として用い、環境温度が相対的に高い場合に比べ、環境温度が低い場合に、加熱量を小さくすることにより、燃料電池システム500bを構成する構造体のうち、環境温度の影響をあまり受けない直接加熱される部位Aの昇温速度を抑え、環境温度の影響を受けやすい間接的に加熱される部分Bは部位Aからの伝熱で時間をかけて昇温させることで、部位Aと部位B間の温度差を小さくすることができるため、応力を抑制し、構造体へのダメージを抑制することができる。その結果、燃料電池システム500bの寿命を延ばすことができる。   The fuel cell system 500b uses the fuel cell 200 as a heater of the reformer 100 and reduces the amount of heating when the environmental temperature is lower than when the environmental temperature is relatively high, thereby reducing the fuel cell system 500b. Among the structures constituting the structure, the temperature rise rate of the directly heated portion A that is not significantly affected by the environmental temperature is suppressed, and the indirectly heated portion B that is easily affected by the environmental temperature is transmitted from the portion A. Since the temperature difference between the part A and the part B can be reduced by increasing the temperature with heat, stress can be suppressed and damage to the structure can be suppressed. As a result, the life of the fuel cell system 500b can be extended.

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の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、機能の両者もしくはいずれか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 apparent to persons 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. Without departing from the spirit of the invention, both the structure and / or function thereof can be substantially changed.

以上のように、本発明にかかる水素生成装置およびそれを用いた燃料電池システム並びにその運転方法は、環境温度が低い場合に水素生成装置の構造体にかかる応力を抑制し、構造体へのダメージを抑制することができ、水素生成装置の寿命を延ばすことができるので、高い耐久性を有し、商品性の高い水素生成装置及び燃料電池システムに応用できる。   As described above, the hydrogen generator according to the present invention, the fuel cell system using the same, and the operation method thereof suppress the stress applied to the structure of the hydrogen generator when the environmental temperature is low, and damage the structure. Can be suppressed, and the life of the hydrogen generator can be extended, so that it can be applied to a hydrogen generator and a fuel cell system having high durability and high commerciality.

10 脱硫器
20 加熱器
30 原料供給量検出器
31 原料供給器
40 封止器
41 水素供給経路
50 水供給量検出器
51 水供給器
71 空気供給器
100 改質器
150 CO低減器
200 燃料電池
201 水素利用機器
300 制御器
301 演算部
302 記憶部
400 水素生成装置
500a 燃料電池システム
500b 燃料電池システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Desulfurizer 20 Heater 30 Raw material supply amount detector 31 Raw material supply device 40 Sealing device 41 Hydrogen supply path 50 Water supply amount detector 51 Water supply device 71 Air supply device 100 Reformer 150 CO reducer 200 Fuel cell 201 Hydrogen-utilizing device 300 Controller 301 Calculation unit 302 Storage unit 400 Hydrogen generator 500a Fuel cell system 500b Fuel cell system

Claims (9)

炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器を含む反応器と、
少なくとも前記反応器の一部を加熱する加熱器と、
環境温度が相対的に低い場合は、環境温度が相対的に高い場合よりも小さい加熱量で加熱するように前記加熱器を制御する制御器と、
を備えた、水素生成装置。
A reactor including a reformer that reforms a feedstock containing hydrocarbons to produce a hydrogen-containing gas;
A heater for heating at least a portion of the reactor;
A controller that controls the heater to heat with a smaller heating amount than when the environmental temperature is relatively high, when the environmental temperature is relatively low;
A hydrogen generator comprising:
前記制御器は、前記環境温度が予め設定された第1閾値以上である場合に、第1加熱量で加熱するように前記加熱器を制御し、前記環境温度が前記第1閾値より低い場合に、前記第1加熱量より小さい第2加熱量で加熱するよう前記加熱器を制御する、請求項1に記載の水素生成装置。   The controller controls the heater to heat with a first heating amount when the environmental temperature is equal to or higher than a preset first threshold, and when the environmental temperature is lower than the first threshold. The hydrogen generator according to claim 1, wherein the heater is controlled to be heated at a second heating amount smaller than the first heating amount. 前記反応器の反応器温度を検知する反応器温度検知器を備え、
前記制御器は、前記環境温度が前記第1閾値以上である場合、又は、前記反応器温度検知器により検知される反応器温度が予め設定される第2閾値以上である場合に、前記第1加熱量で加熱するように前記加熱器を制御し、前記環境温度が前記第1閾値より低く、かつ、前記環境温度が前記第2閾値より低い場合に、前記第2加熱量で加熱するよう前記加熱器を制御する、請求項2に記載の水素生成装置。
A reactor temperature detector for detecting the reactor temperature of the reactor;
When the environmental temperature is equal to or higher than the first threshold, or when the reactor temperature detected by the reactor temperature detector is equal to or higher than a second threshold set in advance, the controller Controlling the heater to heat at a heating amount, and heating the second heating amount when the environmental temperature is lower than the first threshold and the environmental temperature is lower than the second threshold. The hydrogen generator according to claim 2, wherein the heater is controlled.
前記環境温度は、前記水素生成装置の周囲温度である、請求項1から3のいずれか1つに記載の水素生成装置。   The hydrogen generating apparatus according to claim 1, wherein the environmental temperature is an ambient temperature of the hydrogen generating apparatus. 前記環境温度は、前記反応器温度検知器が検知する反応器温度である、請求項1から3のいずれか1つに記載の水素生成装置。   The hydrogen generation apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the environmental temperature is a reactor temperature detected by the reactor temperature detector. 前記環境温度は、前記加熱器による加熱を停止した場合又は加熱量を一定にした場合の前記反応器温度検知器により検知される反応器温度の低下速度より検知される温度である、請求項1から3のいずれか1つに記載の水素生成装置。   The environmental temperature is a temperature detected from a rate of decrease in the reactor temperature detected by the reactor temperature detector when heating by the heater is stopped or when a heating amount is made constant. To 4. The hydrogen generator according to any one of items 1 to 3. 前記環境温度は、前記加熱器による加熱量を一定にした場合の前記反応器温度検知器により検知される反応器温度の上昇速度より検知される温度である、請求項1から3のいずれか1つに記載の水素生成装置。   4. The temperature according to claim 1, wherein the environmental temperature is a temperature detected from a rate of increase in the reactor temperature detected by the reactor temperature detector when the heating amount by the heater is constant. 5. The hydrogen generator described in 1. 請求項1〜7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 7; and a fuel cell that generates electric power using a hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen generator. 炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器を含む反応器と、前記改質器を加熱する加熱器と、を備える水素生成装置の運転方法であって、環境温度が相対的に低い場合は、環境温度が相対的に高い場合よりも小さい加熱量で加熱するように前記加熱器を作動する、水素生成装置の運転方法。   An operation method of a hydrogen generator comprising a reactor including a reformer that reforms a raw material containing hydrocarbons to generate a hydrogen-containing gas, and a heater that heats the reformer, the environmental temperature When the temperature is relatively low, the operation method of the hydrogen generator is such that the heater is operated to heat with a smaller heating amount than when the environmental temperature is relatively high.
JP2015007373A 2015-01-19 2015-01-19 Hydrogen generation device and fuel cell system therewith and operation method thereof Pending JP2016132585A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015007373A JP2016132585A (en) 2015-01-19 2015-01-19 Hydrogen generation device and fuel cell system therewith and operation method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015007373A JP2016132585A (en) 2015-01-19 2015-01-19 Hydrogen generation device and fuel cell system therewith and operation method thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2016132585A true JP2016132585A (en) 2016-07-25

Family

ID=56425936

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015007373A Pending JP2016132585A (en) 2015-01-19 2015-01-19 Hydrogen generation device and fuel cell system therewith and operation method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2016132585A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4105758B2 (en) Fuel cell system
WO2010082507A1 (en) Hydrogen generator, fuel cell system, and method of stopping hydrogen generator
US20190190050A1 (en) Solid oxide fuel cell system
EP2637242B1 (en) Power generator and method of operating the same
WO2014147991A1 (en) Hydrogen generation apparatus, fuel cell system provided therewith, method for operating hydrogen generation apparatus, and method for operating fuel cell system
JP2016132585A (en) Hydrogen generation device and fuel cell system therewith and operation method thereof
JP2016130193A (en) Hydrogen generator, fuel cell system using the same and operation method of the same
JP5914837B2 (en) Hydrogen generator
JP2011256059A (en) Method for operating hydrogen generator and fuel cell system
JP2012246170A (en) Hydrogen generating apparatus, fuel cell system, and method for operating hydrogen generating apparatus
JP2012119244A (en) Fuel cell system
JP2010275118A (en) Hydrogen production apparatus
JP4917791B2 (en) Fuel cell system
JP2009078938A (en) Desulfurizer and method for operating the same, and fuel cell system
JP2017077979A (en) Hydrogen-generating apparatus, fuel cell system using the same, and method of operating the same
JP2016177919A (en) Fuel battery system
JP2015159061A (en) Fuel cell system and operational method thereof
JP6606665B2 (en) Fuel cell system and operation method thereof
JP2017019672A (en) Hydrogen generator, fuel cell system using the same and operation method of the same
JP2016169124A (en) Hydrogen generator, fuel cell system using the same and operation method thereof
JP2014116099A (en) Fuel cell system
JP2016034881A (en) Hydrogen generator and method for operating the same, and fuel cell system
JP6402360B2 (en) Hydrogen generator, operating method thereof, and fuel cell system
JP5390887B2 (en) Hydrogen production apparatus and fuel cell system
JP2008201650A (en) Hydrogen generating apparatus, fuel cell system and method for operating hydrogen generating apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20160523