JP2016155733A - Reforming system, fuel cell system and reformed gas production process - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は改質システム、燃料電池システム及び改質ガスの製造方法に関し、特に水添脱硫される原料への改質ガスの供給状態を好適に検知する改質システム、燃料電池システム及び改質ガスの製造方法に関する。 The present invention relates to a reforming system, a fuel cell system, and a method for producing a reformed gas, and in particular, a reforming system, a fuel cell system, and a reformed gas that suitably detect the supply state of the reformed gas to a raw material to be hydrodesulfurized. It relates to the manufacturing method.
例えば燃料電池における発電に用いられる水素含有ガスは、炭化水素系原料を改質して得られることが多い。炭化水素系原料は、一般に、硫黄分が含まれるため、水素含有ガスに改質する前に脱硫が行われる。脱硫方式の1つに、水添脱硫がある。水添脱硫は、原料に水素を混合し、原料中の硫黄分を触媒上で水素と反応させて硫化水素へ変換し、この硫化水素に酸化亜鉛を反応させて硫化亜鉛として除去するものである。水添脱硫は、水素が不足すると脱硫性能が低下し、下流の機器に悪影響を及ぼし得る。水添脱硫における原料に混合する水素の不足を抑制するため、脱硫済の原料を改質器で改質して生成した水素含有ガスの一部をリサイクルガスとして脱硫前の原料に混合させるリサイクルガス回路に温度計を設けてリサイクルガスの供給の有無を判断するものがある(例えば、特許文献1参照。)。 For example, a hydrogen-containing gas used for power generation in a fuel cell is often obtained by reforming a hydrocarbon-based raw material. Since hydrocarbon-based raw materials generally contain a sulfur content, desulfurization is performed before reforming into a hydrogen-containing gas. One of the desulfurization methods is hydrodesulfurization. In hydrodesulfurization, hydrogen is mixed with a raw material, the sulfur content in the raw material is reacted with hydrogen on a catalyst to convert to hydrogen sulfide, and this hydrogen sulfide is reacted with zinc oxide to be removed as zinc sulfide. . In the hydrodesulfurization, when hydrogen is insufficient, the desulfurization performance is deteriorated, which may adversely affect downstream equipment. Recycled gas that mixes a part of the hydrogen-containing gas produced by reforming the desulfurized raw material with a reformer into the raw material before desulfurization to suppress the shortage of hydrogen mixed with the raw material in hydrodesulfurization There is a circuit in which a thermometer is provided in a circuit to determine whether or not a recycle gas is supplied (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、改質器から取り出される水素含有ガス(一部がリサイクルガスとなる)は、通常、放熱による効率の低下を抑制するために、改質器内で熱回収されて、筐体内の温度付近の温度で抜き出される。そのため、リサイクルガス回路におけるリサイクルガスの供給の有無による温度変化は小さく、脱硫前の原料への水素含有ガスの供給の有無を精度よく検知することが難しい。 However, the hydrogen-containing gas taken out from the reformer (partially recycle gas) is usually recovered in the reformer in order to suppress the decrease in efficiency due to heat dissipation, and near the temperature in the housing Extracted at a temperature of Therefore, the temperature change due to the presence or absence of the supply of the recycle gas in the recycle gas circuit is small, and it is difficult to accurately detect the presence or absence of the supply of the hydrogen-containing gas to the raw material before desulfurization.
本発明は上述の課題に鑑み、水添脱硫される原料に混合される水素を含有する改質ガスの供給状態を好適に検知する改質システム、燃料電池システム及び改質ガスの製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above-described problems, the present invention provides a reforming system, a fuel cell system, and a reformed gas manufacturing method that suitably detect a supply state of a reformed gas containing hydrogen mixed with a raw material to be hydrodesulfurized. The purpose is to do.
上記目的を達成するために、本発明の改質システムは、脱硫対象原料を水添脱硫して脱硫済原料を生成する脱硫部と、前記脱硫部に前記脱硫対象原料を供給する原料供給部と、前記脱硫済原料を導入し改質して水素を含有する改質ガスを生成する改質部と、前記脱硫対象原料に前記改質ガスを混合させる改質ガス供給部と、前記改質ガス供給部における前記改質ガス、及び前記脱硫対象原料と前記改質ガスとが混合した混合流体、の一方である水素含有流体の水分レベルを直接又は間接的に検知する水分レベル検知部と、前記水分レベル検知部で検知された前記水素含有流体の水分レベルに基づいて、前記改質ガス供給部における前記改質ガスの供給状態を検知する状態検知部とを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the reforming system of the present invention includes a desulfurization unit that hydrodesulfurizes a desulfurization target raw material to generate a desulfurized raw material, and a raw material supply unit that supplies the desulfurization target raw material to the desulfurization unit. A reforming unit that introduces and reforms the desulfurized raw material to generate a reformed gas containing hydrogen, a reformed gas supply unit that mixes the reformed gas with the desulfurization target raw material, and the reformed gas A moisture level detection unit that directly or indirectly detects a moisture level of a hydrogen-containing fluid that is one of the reformed gas in the supply unit and a mixed fluid in which the raw material for desulfurization and the reformed gas are mixed; And a state detection unit that detects a supply state of the reformed gas in the reformed gas supply unit based on the moisture level of the hydrogen-containing fluid detected by the moisture level detection unit.
また、本発明の改質システムは、前記改質ガス供給部は、前記改質ガス中の凝縮水を除去するドレーナを有することとしてもよい。 In the reforming system of the present invention, the reformed gas supply unit may include a drainer that removes condensed water in the reformed gas.
また、本発明の改質システムは、前記ドレーナの温度、又は前記ドレーナの温度と相関を有する温度を検知する温度検知部を備え、前記状態検知部は、前記温度検知部が検知した温度に応じて、前記改質ガスの供給状態を検知する基準を変更することとしてもよい。 Further, the reforming system of the present invention includes a temperature detection unit that detects the temperature of the drainer or a temperature having a correlation with the temperature of the drainer, and the state detection unit corresponds to the temperature detected by the temperature detection unit. The reference for detecting the supply state of the reformed gas may be changed.
また、本発明の改質システムは、前記水分レベル検知部が、前記改質ガスの流れ方向で見て前記ドレーナよりも下流側の前記改質ガス供給部に設けられることとしてもよい。 In the reforming system of the present invention, the moisture level detection unit may be provided in the reformed gas supply unit downstream of the drainer as viewed in the flow direction of the reformed gas.
また、本発明の改質システムは、前記水分レベル検知部は、前記混合流体の水分レベルを検知することとしてもよい。 In the reforming system of the present invention, the moisture level detector may detect the moisture level of the mixed fluid.
また、本発明の改質システムは、前記改質ガスが混合される前の前記脱硫対象原料の水分レベルを検知する混合前原料水分レベル検知部を備え、前記状態検知部は、前記水分レベル検知部で検知された前記水素含有流体の水分レベルと前記混合前原料水分レベル検知部で検知された前記脱硫対象原料の水分レベルとの差に基づいて、前記改質ガス供給部における前記改質ガスの供給状態を検知することとしてもよい。 Further, the reforming system of the present invention includes a pre-mixing raw material moisture level detection unit that detects a moisture level of the raw material to be desulfurized before the reformed gas is mixed, and the state detection unit is configured to detect the moisture level. The reformed gas in the reformed gas supply unit based on the difference between the moisture level of the hydrogen-containing fluid detected by the unit and the moisture level of the raw material for desulfurization detected by the raw material moisture level detection unit before mixing It is good also as detecting the supply state.
また、本発明の改質システムは、前記状態検知部は、前記改質ガスの供給状態の異常を検知したときに、異常対応処理を行う指令を発することとしてもよい。 In the reforming system of the present invention, the state detector may issue a command to perform an abnormality handling process when detecting an abnormality in the supply state of the reformed gas.
また、本発明の改質システムは、前記改質ガス供給部は、前記脱硫対象原料に混合させる前記改質ガスの流量を調節する改質ガス流量調節部を有し、前記改質ガス流量調節部を制御する制御部を備え、前記状態検知部は、前記異常対応処理として、前記改質ガスの供給状態の異常を抑制するために前記改質ガス流量調節部を調節する指令を前記制御部に送ることとしてもよい。 In the reforming system of the present invention, the reformed gas supply unit includes a reformed gas flow rate adjusting unit that adjusts a flow rate of the reformed gas mixed with the desulfurization target raw material, and the reformed gas flow rate control A control unit that controls the control unit, and the state detection unit, as the abnormality handling process, issues a command to adjust the reformed gas flow rate control unit in order to suppress an abnormality in the supply state of the reformed gas. It may be sent to.
また、本発明の燃料電池システムは、前記改質システムと、前記改質部で生成された前記改質ガスと、酸素を含有する酸化剤ガスと、を導入して発電する燃料電池とを備える。 The fuel cell system of the present invention includes the reforming system, and a fuel cell that generates power by introducing the reformed gas generated in the reforming unit and an oxidant gas containing oxygen. .
上記目的を達成するために、本発明の改質ガスの製造方法は、脱硫対象原料を、水素を含有するガスを混合させたうえで水添脱硫する脱硫工程と、前記脱硫工程において生成された脱硫済原料を改質して水素を含有する改質ガスを生成する改質工程と、前記改質工程において生成された前記改質ガスを、前記水素を含有するガスとして前記脱硫対象原料に混合させる改質ガス混合工程と、前記改質ガス、及び前記脱硫対象原料と前記改質ガスとが混合した混合流体、の一方である水素含有流体の水分レベルを検知する水分レベル検知工程と、前記水分レベル検知工程で検知された前記水素含有流体の水分レベルに基づいて、前記改質ガス混合工程における前記改質ガスの供給状態を検知する状態検知工程とを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the reformed gas production method of the present invention is produced in a desulfurization step of hydrodesulfurizing a raw material to be desulfurized after mixing a gas containing hydrogen, and the desulfurization step. A reforming step of reforming the desulfurized raw material to generate a reformed gas containing hydrogen, and the reformed gas generated in the reforming step mixed with the raw material to be desulfurized as the hydrogen-containing gas A reformed gas mixing step; a moisture level detecting step of detecting a moisture level of a hydrogen-containing fluid that is one of the reformed gas and a mixed fluid in which the raw material to be desulfurized and the reformed gas is mixed; And a state detection step of detecting a supply state of the reformed gas in the reformed gas mixing step based on the moisture level of the hydrogen-containing fluid detected in the moisture level detecting step.
本発明によれば、高湿度の改質ガスを含む水素含有流体の水分レベルに基づいて改質ガスの供給状態を検知するので、改質ガスの供給状態を好適に検知することができる。 According to the present invention, since the supply state of the reformed gas is detected based on the moisture level of the hydrogen-containing fluid containing the reformed gas with high humidity, the supply state of the reformed gas can be suitably detected.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same or similar members are denoted by the same or similar reference numerals, and redundant description is omitted.
図1を参照して、本発明の実施の形態に係る、改質システム50及び燃料電池システム1を説明する。図1は、燃料電池システム1の模式的系統図である。燃料電池システム1は、燃料電池61と、改質システム50とを構成要素として含んでいる。まず、改質システム50の構成について説明する。改質システム50は、原料Dを脱硫する脱硫部11と、原料供給部20と、改質部51と、リサイクルガス供給部30(以下「RG供給部30」という。)と、リサイクルガス湿度計43(以下「RG湿度計43」という。)と、制御装置15とを備えている。
A reforming
原料Dは、改質することで燃料電池61における発電に利用可能となる程度に水素に富むガス(水素リッチガス)にできるものであり、炭化水素系の原料(炭化水素系燃料)が用いられる。具体例として、炭化水素類、アルコール類、エーテル類、バイオ燃料が挙げられ、これらの炭化水素系燃料は、石油・石炭等の化石燃料由来のもの、合成ガス等の合成系燃料由来のもの、バイオマス由来のもの等を適宜用いることができる。炭化水素類としては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、LPG、都市ガス、タウンガス、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油が挙げられる。アルコール類として、メタノール、エタノールが挙げられる。エーテル類として、ジメチルエーテルが挙げられる。バイオ燃料として、バイオガス、バイオエタノール、バイオディーゼル、バイオジェットが挙げられる。以下の説明では、脱硫部11で脱硫される前の原料Dを脱硫前原料Drといい、脱硫部11で脱硫された後の原料Dを脱硫済原料Dfといい、両者を区別しない場合は単に原料Dと総称することとする。脱硫前原料Drは脱硫対象原料に相当する。
The raw material D can be made into a gas rich in hydrogen (hydrogen-rich gas) that can be used for power generation in the
脱硫部11は、脱硫前原料Drを、水添脱硫方式で脱硫する部位である。脱硫部11では、脱硫前原料Drと水素とが導入され、まず、脱硫前原料Dr中の硫黄成分が硫化水素に変換される。次に、硫化水素が、酸化亜鉛と反応し、硫化亜鉛として固定化される。このようにして、脱硫前原料Drは脱硫され、脱硫済原料Dfとなる。水添脱硫は、概ね200℃〜400℃で行われる。脱硫部11は、脱硫前原料Dr中の硫黄成分を硫化水素に変換させる水添脱硫触媒(不図示)と、脱硫雰囲気を概ね400℃程度に加熱することができるヒータ(不図示)とを有している。
The
脱硫部11には、脱硫前原料Drを脱硫部11に導く脱硫前原料ライン21と、脱硫済原料Dfを改質部51に導く脱硫済原料ライン52とが接続されている。ここで、「・・・ライン」とは、流体の流路であり、典型的には専ら流体を案内する管であるが、他の用途に用いられる物と物との間に形成された空間であってもよい。脱硫前原料ライン21には、脱硫部11における原料Dの水添脱硫に用いられる水素を含むガスを導入するリサイクルガスライン31(以下「RGライン31」という。)が接続されている。脱硫前原料ライン21には、脱硫前原料DrとリサイクルガスRとが混合した混合流体DRを脱硫部11に送るフィードポンプ22がRGライン31との接続部よりも脱硫前原料Drの流れ方向で見た下流側に配設され、脱硫前原料ライン21を流れる脱硫前原料Drの流量を計測する流量計23が同上流側に配設されている。リサイクルガスRは、改質部51で生成された改質ガスEの一部を抜き出したものである。混合流体DRは、水素含有流体HFの一形態である。フィードポンプ22は、回転速度を変化させることによって吐出する流体の流量を調節することができるように構成されている。流量計23は、脱硫前原料Drの流れ方向で見て、フィードポンプ22よりも上流側に配設されている。本実施の形態では、脱硫前原料ライン21と、フィードポンプ22と、流量計23とを含んで原料供給部20を構成している。なお、改質システム50に導入される脱硫前原料Drが液体の場合は、脱硫前原料Drを気化する気化器(不図示)が、流量計23の上流側の脱硫前原料ライン21に設けられる。
Connected to the
改質部51は、脱硫済原料Dfを導入し、改質して、水素に富む改質ガスEを生成する部位である。改質ガスは、一般に燃料ガスと呼称される場合もある。改質ガスEは、燃料電池61における発電のために用いることができる水素を含んでおり、水素を含有するガスの一形態である。改質部51は、脱硫済原料Dfの改質を促進させる改質触媒(不図示)を筐体の内部に有している。改質部51には、一端が脱硫部11に接続された脱硫済原料ライン52の他端が接続されている。換言すれば、脱硫部11と改質部51とは、脱硫済原料ライン52を介して連通している。脱硫済原料ライン52は、脱硫部11で生成された脱硫済原料Dfを改質部51に導く流路である。脱硫済原料ライン52には、水分Sを導入する水分ライン53が接続されている。改質部51は、脱硫済原料Dfと水分Sとを導入し、脱硫済原料Df中の炭化水素と水分S(水蒸気)とを改質触媒の下で改質反応させて、改質ガスEを生成するように構成されている。改質部51には、また、生成された改質ガスEを流す改質ガスライン56が接続されている。このように、本実施の形態における改質システム50は、脱硫済原料ライン52と、水分ライン53と、改質ガスライン56とを含んでいる。
The reforming
改質ガスライン56からは、RGライン31が分岐しており、改質部51から出た改質ガスEの一部をリサイクルガスRとして、脱硫前原料ライン21に向けて供給することができるように構成されている。リサイクルガスRは、改質ガスEと同様に改質部51で生成された水素含有ガスであって、改質ガスEと同じ組成を有するものであるが、説明の便宜上、用途に応じて別の呼称としたものである。リサイクルガスRは、水素含有流体HFの一形態である。改質ガスライン56から分岐したRGライン31は、フィードポンプ22と流量計23との間の脱硫前原料ライン21に接続されている。RGライン31は、リサイクルガスR(上述のように、改質ガスEのうち脱硫部11に向けて循環されるもの)を脱硫前原料ライン21に導くものである。RGライン31には、流路を遮断可能な開閉弁32と、リサイクルガスRを圧送するリサイクルガスポンプ33(以下「RGポンプ33」という。)と、リサイクルガスR中の水分を減少(水分レベルを低下)させるドレーナ34とが配設されている。RGポンプ33は、回転速度を変化させることによって吐出する流体の流量を調節することができるように構成されている。RGポンプ33は、改質ガス流量調節部に相当する。ドレーナ34は、リサイクルガスR中に含まれる凝縮水を除去することで、リサイクルガスR中の水分を減少させるように構成されている。本実施の形態では、RGライン31と、開閉弁32と、RGポンプ33と、ドレーナ34とを含んでRG供給部30を構成している。RG供給部30は、改質ガス供給部に相当する。
The
RGライン31には、内部の絶対湿度を検知するRG湿度計43が設けられている。RG湿度計43は、気体中の湿り度合い(水分レベル)を検知することができる機器であり、水分レベル検知部に相当する。RG湿度計43は、典型的には、露点を検知し、その露点から絶対湿度を算出する計器が用いられる。RG湿度計43は、本実施の形態では、リサイクルガスRの流れ方向で見て、ドレーナ34よりも下流側のRGライン31に配設されている。したがって、本実施の形態では、RG湿度計43は、ドレーナ34で凝縮水が除去されたリサイクルガスRの絶対湿度を検知するように構成されている。RG湿度計43がドレーナ34よりも下流側に設けられていることで、RG湿度計43に凝縮水が搬送されることを抑制することができ、RG湿度計43を保護することができる。なお、改質部51から出た改質ガスEは、高温高湿であり、ドレーナ34の下流を流れるリサイクルガスRは、典型的にはドレーナ34の温度の飽和蒸気(相対湿度100%の状態)となっている。したがって、典型的には、RGライン31にリサイクルガスRが流れているときは、RGライン31内の温度低下がほとんどないため、RG湿度計43が高湿度を検知する。他方、RGライン31内のリサイクルガスRの流れがなくなると、RGライン31内の温度が低下して凝縮水が発生し、RG湿度計43が低湿度を検知することとなる。ドレーナ34は、リサイクルガスR中の水分が凝縮した凝縮水cを外部に排出する排出管35を有している。排出管35は、典型的にはドレーナ34の底部に一端が接続されている。排出管35には、流路を開閉する排出弁36が配設されている。ドレーナ34は、内部に貯留された凝縮水cの液位を検知する液位計37を有している。液位計37は、ドレーナ34内の高液位及び低液位を検知することができるように構成されている。また、ドレーナ34には、内部の温度を検知するドレーナ温度計48が設けられている。
The
制御装置15は、改質システム50を構成する機器の動作を司るほか、燃料電池システム1を構成する機器の動作をも司るため、詳細はまとめて後述する。
Since the
次に、燃料電池システム1の構成について説明する。燃料電池システム1は、上述した改質システム50のほか、燃料電池61を備えている。本実施の形態における燃料電池システム1は、さらに、空気ライン62と、ブロワ65と、燃焼部68と、排ガスライン69とを備えている。燃料電池61は、燃料ガスライン56を介して改質部51と接続されている。燃料電池61には、また、空気Aを導入する空気ライン62が接続されている。空気Aは、酸素を含有しており、酸化剤ガスに相当する。空気ライン62には、空気Aを燃料電池61に向けて圧送するブロワ65が配設されている。ブロワ65は、回転速度を変化させることによって吐出する流体の流量を調節することができるように構成されている。本実施の形態では、空気ライン62とブロワ65とを含んで、酸化剤ガス供給部を構成している。
Next, the configuration of the
燃料電池61は、改質ガスE及び空気Aを導入し、改質ガスE中の水素等と空気A中の酸素との電気化学的反応により直流の電力を発生するように構成されており、一般にセルスタックと呼称される場合もある。燃料電池61としては、本実施の形態では円筒型(平板円筒型を含む)の固体酸化物形燃料電池(SOFC)が用いられているが、固体高分子形燃料電池(PEFC)等の、SOFC以外の燃料電池であってもよい。燃料電池61における発電のために燃料電池61に供給された改質ガスE及び空気Aは、そのすべてが発電に利用されるのではなく、燃料電池61の発電電流に応じた分が利用され、発電に利用されなかった分は、オフガスFとして排出される。なお、本実施の形態では、燃料電池61の下流側に、燃料電池61から流出したオフガスFを燃焼させるバーナー(不図示)が設けられており、バーナー(不図示)でオフガスFを燃焼させたときの発熱で改質部51を加熱することができるように構成されている。バーナー(不図示)には、別途、燃焼用の空気が供給される。
The
燃料電池システム1は、燃料電池61の下流に、燃焼部68を備えている。燃焼部68は、燃料電池61から排出されてバーナー(不図示)で燃焼した後のオフガスFを導入し、1次燃焼後のオフガスF中に含まれる未燃の可燃成分を燃焼処理するように構成されている。燃焼部68は、主として1次燃焼後のオフガスF中の未燃成分を燃焼させるためのものであるが、改質部51に隣接して配置し、改質部51内の改質触媒に熱を与えることができるように構成されていてもよい。燃焼部68は、1次燃焼後のオフガスFの燃焼によって生じる排ガスGを排出するように構成されている。燃焼部68には、排ガスGを流す排ガスライン69が接続されている。
The
制御装置15は、状態検知部16と、制御部17と、記憶部18とを有している。状態検知部16は、脱硫前原料ライン21へのリサイクルガスRの供給状態を検知する部位である。具体的には、状態検知部16は、本実施の形態では、脱硫前原料ライン21へのリサイクルガスRの供給状態に異常があるか否かを検知することができるように構成されている。状態検知部16は、流量計23と信号ケーブルで接続されており、流量計23が計測した流量を信号として受信することができるように構成されている。また、状態検知部16は、脱硫部11と信号ケーブルで接続されており、脱硫部11の温度を把握することができるように構成されている。また、状態検知部16は、液位計37と信号ケーブルで接続されており、液位計37が検知した液位を信号として受信することができるように構成されている。また、状態検知部16は、RG湿度計43と信号ケーブルで接続されており、RG湿度計43が検知した値を信号として受信することができるように構成されている。また、状態検知部16は、ドレーナ温度計48と信号ケーブルで接続されており、ドレーナ温度計48が検知した温度を信号として受信することができるように構成されている。状態検知部16における脱硫前原料ライン21へのリサイクルガスRの供給状態の異常の有無の判断手法の詳細は、後述する。状態検知部16は、脱硫前原料ライン21へのリサイクルガスRの供給状態が異常であると判断したときに、異常対応処理を行う指令を発することができるように構成されている。異常対応処理の例として、燃料電池システム1(改質システム50を含む)を停止すること、警報を出力すること、脱硫前原料ライン21にリサイクルガスRが供給されるようにRGポンプ33の出力を調節すること等が挙げられる。状態検知部16が異常対応処理を行う指令を発することで、脱硫前原料Drが不完全な脱硫状態で脱硫部11の下流に供給されることを抑制でき、脱硫部11の下流に設けられた機器を保護することができる。
The
制御部17は、燃料電池システム1を構成する機器の動作を制御する部位である。制御部17は、フィードポンプ22、RGポンプ33、ブロワ65と、それぞれ信号ケーブルで接続されており、各機器の回転速度を調節して吐出する流体の流量を調節することができるように構成されている。また、制御部17は、開閉弁32及び排出弁36と、それぞれ信号ケーブルで接続されており、開閉弁32及び排出弁36の開閉を個別に切り替えることができるように構成されている。また、状態検知部16と制御部17とは、相互に信号のやりとりをすることができるように構成されている。記憶部18は、メモリ等を有しており、脱硫前原料ライン21へのリサイクルガスRの供給状態の異常の有無を判断する際の基準値(閾値)が設定されている。状態検知部16は、脱硫前原料ライン21へのリサイクルガスRの供給状態の異常の有無の判断を行うに際し、記憶部18に記憶されている基準値を参照することができるように構成されている。本実施の形態では、機能の観点から、便宜上、状態検知部16と制御部17と記憶部18とをそれぞれ独立した構成として示しているが、物理的に区別されることなく制御装置15内に渾然一体に設けられていてもよい。状態検知部16は、フィードポンプ22、RGポンプ33、ブロワ65について、それぞれの出力(回転速度)を把握することができるように構成されている。
The
図2に、脱硫部11に導入される脱硫前原料Drの流量と、RG湿度計43で検知された絶対湿度との関係を示す。図2中、線分SVは、記憶部18にあらかじめ設定された、脱硫前原料ライン21へのリサイクルガスRの供給状態が異常か否かを判断する基準値である。脱硫部11に導入される脱硫前原料Drの流量は、本実施の形態では、燃料電池61における発電電力に対して要求される流量の改質ガスEを生成するのに必要な脱硫前原料Drの流量(以下「所定の流量」という。)である。脱硫前原料Drに混合されるリサイクルガスRの流量は、脱硫部11における水添脱硫を適切に行うのに適した流量に設定されており、脱硫前原料Drに混合されるリサイクルガスRの絶対湿度は、典型的には、脱硫部11に導入される脱硫前原料Drの流量にかかわらず一定である。したがって、図2に示す線分SV(基準値)を一定に設定している。
FIG. 2 shows the relationship between the flow rate of the raw material Dr before desulfurization introduced into the
燃料電池システム1(改質システム50)の運転中は、何らかの要因により、脱硫前原料Drに混合されるリサイクルガスRの流量が変化し得る。脱硫前原料Drに混合されるリサイクルガスRの流量の変化及びその要因の一例として、リサイクルガスR中の凝縮水によるRGライン31の閉塞に起因して、脱硫前原料ライン21にリサイクルガスRが供給されなくなったり供給流量が減少したりすることが挙げられる。脱硫前原料Drに混合されるリサイクルガスRの流量が少なくなった場合、RGライン31を流れるリサイクルガスRの流量も少なくなっており、RGライン31内の温度低下を伴って、RG湿度計43で検知される絶対湿度が低下していく。脱硫部11における水添脱硫では、導入される水素が少ないと、適切な水添脱硫を行うことができなくなる。そこで、安定的に水添脱硫を行うことができるリサイクルガスRの下限の流量がRGライン31を流れる際の、RG湿度計43で検知される絶対湿度を基準値として設定し、図2中の線分SVで示している。状態検知部16は、RG湿度計43で検知される絶対湿度が、記憶部18を参照して得られる線分SV上又は線分SVよりも上方にあるときは適切な流量のリサイクルガスRが脱硫前原料Drに混合されていると判断し、線分SVよりも下方にあるときは適切な流量のリサイクルガスRが脱硫前原料Drに混合されていないと判断するように構成されている。
During operation of the fuel cell system 1 (reforming system 50), the flow rate of the recycle gas R mixed with the raw material Dr before desulfurization may change due to some factor. As an example of the change in the flow rate of the recycle gas R mixed with the raw material Dr before desulfurization and the factor thereof, the recycle gas R is introduced into the
引き続き図1を参照して、燃料電池システム1の作用を説明する。なお、燃料電池システム1の作用の説明の一環として、改質システム50の作用も説明する。まず、図3のフローチャート及び図2を併せて参照して、改質システム50まわりの作用を説明する。改質システム50の停止中は、開閉弁32及び排出弁36が共に閉になっている。改質システム50が起動して、脱硫部11の温度が水添脱硫を行うのに適した温度になったことを状態検知部16が検知すると、制御部17は、フィードポンプ22を起動し、外部から改質システム50内に脱硫前原料Drを導入する(S1)。また、制御部17は、開閉弁32を開にすると共にRGポンプ33を起動して、脱硫前原料Drに水素を含有するガスとしてリサイクルガスRを混合させる(リサイクルガス混合工程:S2)。図3では、脱硫前原料Drを導入し(S1)、その後、リサイクルガスRを混合させる(S2)ように示しているが、脱硫前原料Drの導入(S1)と、リサイクルガスRの混合(S2)とは、同時に行われてもよく、改質部51での改質処理により改質ガスEが生成されたタイミングでリサイクルガスRを混合させるようにしてもよい。脱硫前原料DrにリサイクルガスRが混合された混合流体DRは、フィードポンプ22によって脱硫部11に供給される(S3)。混合流体DRが脱硫部11に供給されている際、状態検知部16は、流量計23で検知された脱硫前原料Drの流量を監視し、脱硫前原料Drの流量が所定の流量になるように、制御部17を介してフィードポンプ22の回転速度を調節する。
With continued reference to FIG. 1, the operation of the
脱硫部11では、混合流体DRが導入されると、脱硫前原料Drの水添脱硫が行われ、脱硫済原料Dfが生成される(脱硫工程:S4)。脱硫部11で生成された脱硫済原料Dfは、脱硫済原料ライン52を流れて改質部51に導入される。脱硫済原料Dfには、改質部51に流入する前に、あるいは改質部51に流入した後に、水分ライン53を流れてきた水分Sが合流する。水分Sと共に改質部51に流入した脱硫済原料Dfは、改質部51において改質され、水素に富む改質ガスEが生成される(改質工程:S5)。改質部51から流出した改質ガスEは、一部がリサイクルガスRとしてRGライン31に流入し、脱硫前原料ライン21に向かって流れ、通常は、脱硫前原料ライン21を流れる脱硫前原料Drに混合される(リサイクルガス供給工程:S6)。このリサイクルガス供給工程(S6)は、上述のリサイクルガス混合工程(S2)と同じ工程であり、説明の便宜上重複して記載しているものである。リサイクルガス混合工程(S2)及びリサイクルガス供給工程(S6)は、共に改質ガス混合工程に相当する。改質システム50の運転時は、脱硫前原料Dr導入工程(S1)からリサイクルガス供給工程(S6)まで、継続的に行われている。なお、RGライン31を流れるリサイクルガスRは、ドレーナ34を通過する際に凝縮水が除去されて、概ね相対湿度100%のガスとなる。リサイクルガスR中の凝縮水がドレーナ34で除去されることで、RGライン31が凝縮水で閉塞してしまうことを回避することができる。リサイクルガスRから除去された凝縮水cは、ドレーナ34内に貯留される。状態検知部16は、液位計37から液位信号を随時受信しており、液位計37が高液位を検知したら制御部17を介して排出弁36を開にして凝縮水cを外部に排出し、液位計37が低液位を検知したときに制御部17を介して排出弁36を閉にする。
In the
リサイクルガスRがRGライン31を流れて脱硫前原料ライン21に供給されている際、状態検知部16は、RG湿度計43で検知された値を受信することで、リサイクルガスRの水分レベルを検知している(水分レベル検知工程:S7)。そして、状態検知部16は、RG湿度計43で検知された値が、記憶部18に記憶されている基準値に照らして適正か否かを判断する(状態検知工程:S8)。換言すれば、状態検知工程(S8)では、図2に示すグラフにおいて、RG湿度計43で検知された値が線分SVで示される基準値以上にあるか否かを判断する。前述のように、リサイクルガスRは概ね相対湿度100%であるので、ドレーナ34より下流側のRGライン31に配設されたRG湿度計43は、RGライン31内にリサイクルガスRの流れがあるときは線分SVより上の高湿度を検知し、RGライン31内を流れるリサイクルガスRの流量が少なくなってくると検知する値が小さくなっていく。このように、RG湿度計43によれば、RGライン31内のリサイクルガスRの流量の変化を検知しやすい。したがって、改質システム50は、従来のようにリサイクルガスRの温度の計測によってリサイクルガスRの供給の有無を検知する場合に比べて、精度よく検知することができる。
When the recycle gas R flows through the
なお、図2中に線分SVで示す基準値は、ドレーナ温度計48で検知された温度によって補正することが好ましい。ドレーナ34を通過したリサイクルガスRは、上述のように概ね相対湿度100%であるが、RG湿度計43が検知するリサイクルガスRの絶対湿度は、リサイクルガスRの温度によって変動する。仮に、ドレーナ温度計48で検知された温度が標準値よりも低く、その温度におけるリサイクルガスRの絶対湿度が標準時における基準値よりも低い場合は、リサイクルガスRの流れがあるのにもかかわらず、リサイクルガスRの供給に異常があると誤検知される可能性がある。状態検知部16は、ドレーナ温度計48で検知された温度が標準値よりも低い場合は、標準値からの乖離に応じて図2中に線分SVで示す基準値を下げ、ドレーナ温度計48で検知された温度が標準値よりも高い場合は、標準値からの乖離に応じて図2中に線分SVで示す基準値を上げることで、RGライン31内のリサイクルガスRの流量の変化を適切に検知することができる。このように、ドレーナ34の下流側のリサイクルガスRの水分レベルに影響を及ぼすドレーナ34の温度を、図2中に線分SVで示す基準値に反映させることで、脱硫前原料ライン21へのリサイクルガスRの供給状態をより精度よく検知することができる。
Note that the reference value indicated by the line segment SV in FIG. 2 is preferably corrected based on the temperature detected by the
図3に示すフローチャート中、状態検知工程(S8)において、RG湿度計43で検知された値が基準値以上である場合は、改質システム50(改質部51における改質)を停止する指令があるか否かを判断する(S9)。改質システム50を停止する指令(S9)がない場合は、再び脱硫前原料Drを導入する工程(S1)に戻り、上述のフローを続ける。改質システム50を停止する指令(S9)があった場合は、改質システム50を停止する。他方、状態検知工程(S8)において、RG湿度計43で検知された値が基準値以上でない場合、状態検知部16は、リサイクルガスRの供給状態に異常があると判断する(S10)。状態検知部16は、リサイクルガスRの供給状態に異常があると判断したら、異常対応処理を行う指令を発し、これによって改質システム50において異常対応処理が行われる(S11)。
In the flowchart shown in FIG. 3, in the state detection step (S8), if the value detected by the
異常対応処理の一例として、異常が発生したことを知らせる警報を発報することが挙げられる。警報を発報することで、メンテナンス員による点検の機会を喚起することができる。警報を発報する場合、原則としてリサイクルガスRの供給状態の異常が解消する訳ではないので、改質システム50を暫定的に停止させるとよい。改質システム50を停止させることで、脱硫部11よりも下流側に配置されている改質部51や燃料電池61に悪影響が及ぶことを抑制することができる。なお、改質システム50の停止に合わせて燃料電池システム1の運転を停止するようにしてもよい。他方、異常対応処理の別の例として、RGポンプ33の回転速度を調節することが挙げられる。この場合、典型的には、RG湿度計43で検知した値に応じて、RGポンプ33の回転速度を上昇させることとなる。異常対応処理としてRGポンプ33の回転速度を調節する場合、リサイクルガスRの供給状態の異常が解消する可能性があるので、改質システム50の運転を継続させるとよい。見方を変えれば、異常対応処理としてRGポンプ33の回転速度を調節する場合、改質システム50の運転を継続することができる。
An example of the abnormality handling process is to issue an alarm notifying that an abnormality has occurred. By issuing an alarm, an opportunity for inspection by the maintenance staff can be evoked. When an alarm is issued, the reforming
改質システム50の異常対応処理が行われたら(S11)、状態検知部16は、改質システム50を暫定停止するか否かを判断する(S12)。典型的には、異常対応処理として、RGポンプ33の回転速度を調節した場合は、改質システム50を暫定停止しないで水分レベル検知工程(S7)に戻る。他方、改質システム50を暫定停止するか否かを判断する工程(S12)において、典型的には、異常対応処理として、警報を発報した場合、あるいは、RGポンプ33の回転速度の調節を1回又は複数回行ってもリサイクルガスRの供給状態の異常が解消しない場合は、改質システム50を暫定停止する(S13)。
When the abnormality handling process of the reforming
引き続き、図1を参照して、燃料電池システム1の作用を説明する。改質部51から流出した改質ガスEのうち、RGライン31に流入しなかった改質ガスEは、改質ガスライン56を流れて燃料電池61に流入する。改質ガスEが燃料電池61に供給されるようになると、制御部17は、ブロワ65を起動する。ブロワ65が起動すると、空気ライン62を介して空気Aが燃料電池61に流入する。改質ガスE及び空気Aが導入された燃料電池61では、改質ガスE中の水素等と空気A中の酸素との電気化学的反応による発電が行われる。燃料電池61で発生した電力は、燃料電池システム1内の電気機器(各ポンプ22、33やブロワ65等)及び/又は燃料電池システム1外の電力負荷(不図示)に供給される。燃料電池61に流入した改質ガスE及び空気Aは、発電に利用された後にオフガスFとして排出され、バーナー(不図示)で1次燃焼されて改質部51に熱を与えた後、燃焼部68に至る。燃焼部68に流入した1次燃焼後のオフガスFは、燃焼触媒によって燃焼処理される。燃焼部68における1次燃焼後のオフガスFの燃焼によって生ずる燃焼熱を、改質部51における改質反応に利用することとしてもよい。燃焼部68で1次燃焼後のオフガスFが燃焼されることによって生じた排ガスGは、排ガスライン69を流れて燃料電池システム1から排出される。
Next, the operation of the
以上で説明したように、本実施の形態に係る、燃料電池システム1が備える改質システム50によれば、リサイクルガスRの供給状態の異常の有無を、改質ガスEのうちRGライン31に流入して脱硫前原料Drに混合されるリサイクルガスRの絶対湿度をRG湿度計43の値によって検知するので、リサイクルガスRの温度の計測によって検知する場合に比べて、脱硫部11に供給される流体中にリサイクルガスR(改質ガス)が含まれているか否かの区別がしやすくなり、精度よく検知することができる。また、リサイクルガスRの供給状態の異常を検知したときに異常対応処理を行うので、脱硫が不十分な原料Dが改質部51や燃料電池61に流入することを抑制することができ、改質部51や燃料電池61の保護に資する。
As described above, according to the reforming
次に図4(A)を参照して、本発明の実施の形態の第1の変形例に係る改質システム50Aを含んだ燃料電池システム1Aを説明する。図4(A)は、燃料電池システム1Aの模式的系統図である。以下に、改質システム50A及びこれを含む燃料電池システム1Aと、改質システム50(図1参照)及びこれを含む燃料電池システム1(図1参照)との相違点を説明する。両者の共通点は、相違点の説明に必要な場合を除き、重複した説明を回避するために特に言及しない。図4(A)に示す改質システム50Aを含んだ燃料電池システム1Aの構成において、改質システム50(図1参照)を含む燃料電池システム1(図1参照)と共通する構成には、参照符号を変更せず、同じ参照符号を付している。なお、燃料電池システム1Aは、改質システム50A以外の構成が、改質システム50(図1参照)以外の燃料電池システム1(図1参照)の構成と同じであるため、説明を省略する。
Next, with reference to FIG. 4A, a
改質システム50Aでは、改質システム50(図1参照)で設けられていたRG湿度計43(図1参照)が設けられていない。他方、改質システム50Aは、脱硫前原料ライン21上の、RGライン31の接続部と脱硫部11との間に、内部の絶対湿度を検知する混合流体湿度計42が設けられている。混合流体湿度計42は、気体中の湿り度合い(水分レベル)を検知することができる機器であり、水分レベル検知部に相当する。混合流体湿度計42は、典型的には露点を検知することで絶対湿度を算出する計器が用いられる。混合流体湿度計42は、本変形例では、脱硫前原料ライン21に対するRGライン31の接続部とフィードポンプ22との間の脱硫前原料ライン21に配設されている。混合流体湿度計42は、脱硫前原料DrにリサイクルガスR(水素を含有する改質ガスE)が混合した混合流体DRの絶対湿度を検知するように構成されている。なお、脱硫前原料Drは、相対湿度が例えば10%以下であり、リサイクルガスRは、典型的には相対湿度が概ね100%である。改質システム50Aに導入される脱硫前原料Drは、燃料電池61における発電電力に応じて所定の流量に調節される。他方、脱硫前原料Drに混合されるリサイクルガスRの絶対湿度は、脱硫前原料Drの流量の変化に関わらず概ね一定である。したがって、混合流体DRは、流量(ひいては脱硫前原料Drの流量)が多くなるほど、単位重量当たりの水分量が少なくなり、絶対湿度が低くなる。
In the reforming
また、改質システム50Aは、制御装置15Aが有する状態検知部16Aが、混合流体湿度計42と信号ケーブルで接続されており、混合流体湿度計42で検知された値を信号として受信することができるように構成されている。状態検知部16Aは、改質システム50Aが備えていないRG湿度計43(図1参照)に関する機能を除き、状態検知部16(図1参照)が有する機能を有している。記憶部18Aは、脱硫前原料ライン21へのリサイクルガスRの供給状態の異常の有無を判断する際の基準値として、図2で示した基準値とは異なるものが設定されている。
In the reforming
図4(B)に、脱硫部11に導入される脱硫前原料Drの流量と、混合流体湿度計42で検知された絶対湿度との関係を示す。図4(B)中、線分SVAは、記憶部18Aにあらかじめ設定された、脱硫前原料ライン21へのリサイクルガスRの供給状態が異常か否かを判断する基準値である。上述のように、脱硫前原料Drに対してリサイクルガスRが適切に混合されているときは、混合流体DRの流量の増加に伴って混合流体DRの絶対湿度は低下していく。したがって、図4(B)に示す線分SVA(基準値)を右下がりの直線としている。燃料電池システム1A(改質システム50A)の運転中は、リサイクルガスR中の凝縮水によるRGライン31の閉塞等の要因により、脱硫前原料Drに混合されるリサイクルガスRの流量が変化し得る。脱硫前原料Drに混合されるリサイクルガスRの流量が少なくなると、混合流体湿度計42で検知される絶対湿度が低下していく。前述のように、脱硫部11における水添脱硫では、導入される水素が少ないと、適切な水添脱硫を行うことができなくなるところ、安定的に水添脱硫を行うことができるリサイクルガスRを含む混合流体DRの絶対湿度の下限を、混合流体湿度計42で検知される際の基準値として設定し、図4(B)中の線分SVAで示している。状態検知部16Aは、混合流体湿度計42で検知される絶対湿度が、記憶部18Aに記憶された線分SVA上又は線分SVAよりも上方にあるときは適切な流量のリサイクルガスRが脱硫前原料Drに混合されていると判断し、線分SVAよりも下方にあるときは適切な流量のリサイクルガスRが脱硫前原料Drに混合されていないと判断するように構成されている。このように、改質システム50Aでは、水分レベルの変化が現れやすい混合流体DRの水分レベルを検知するので、脱硫前原料ライン21へのリサイクルガスRの供給状態をより精度よく検知することができる。
FIG. 4B shows the relationship between the flow rate of the raw material Dr before desulfurization introduced into the
なお、図4(B)中に線分SVAで示す基準値は、ドレーナ温度計48で検知された温度によって補正することが好ましい。ドレーナ34を通過したあとで脱硫前原料Drに合流するリサイクルガスRは、上述のように、概ね相対湿度100%であると共に、絶対湿度が温度によって変動する。リサイクルガスRの絶対湿度の変動は、脱硫前原料Drと混合した後の混合流体DRの絶対湿度に影響を及ぼすことになる。ドレーナ温度計48で検知された温度が標準値よりも低い場合は、標準値からの乖離に応じて図4(B)中に線分SVAで示す基準値を下げ、ドレーナ温度計48で検知された温度が標準値よりも高い場合は、標準値からの乖離に応じて図4(B)中に線分SVAで示す基準値を上げることで、脱硫前原料ライン21へのリサイクルガスRの供給状態に異常があるか否かを適切に検知することができる。
The reference value indicated by the line segment SVA in FIG. 4B is preferably corrected by the temperature detected by the
次に図5を参照して、本発明の実施の形態の第2の変形例に係る改質システム50Bを含んだ燃料電池システム1Bを説明する。図5は、燃料電池システム1Bの模式的系統図である。改質システム50B及びこれを含む燃料電池システム1Bは、改質システム50A(図4(A)参照)及びこれを含む燃料電池システム1A(図4(A)参照)の構成に対して、混合前原料湿度計41をさらに備えている点で相違している。混合前原料湿度計41は、脱硫前原料ライン21上の、RGライン31との接続部よりも上流側に設けられている。混合前原料湿度計41は、リサイクルガスRが混合される前の脱硫前原料Dr中の湿り度合い(水分レベル)を検知することができる機器であり、混合前原料水分レベル検知部に相当する。混合前原料湿度計41は、典型的には露点を検知することで絶対湿度を算出する計器が用いられる。
Next, a
また、改質システム50Bは、制御装置15Bが有する状態検知部16Bが、混合前原料湿度計41と信号ケーブルで接続されており、混合前原料湿度計41で検知された値を信号として受信することができるように構成されている。状態検知部16Bの、上記以外の機能は、後述する脱硫前原料ライン21へのリサイクルガスRの供給状態の異常の有無を判断する要領を除き、状態検知部16A(図4(A)参照)の機能と同じである。改質システム50Bは、脱硫前原料ライン21へのリサイクルガスRの供給状態の異常の有無を判断する際に、記憶部18Bに記憶されている基準値に照合する値として、混合流体湿度計42で検知された値と、混合前原料湿度計41で検知された値との差を用いることとしている。この点において、改質システム50A(図4(A)参照)では、あらかじめ記憶されている基準値SVAに照合する値として、混合流体湿度計42で検知された値としていたのと異なっている。記憶部18Bには、脱硫前原料ライン21へのリサイクルガスRの供給状態の異常の有無を判断する際の基準値として、図4(B)に示される線分SVAと同様の右下がりの線図が設定されているが、混合前原料湿度計41で検知された値を差し引く分だけ、線分SVA(図4(B)参照)よりも基準値が下方に設定されている。改質システム50Bの上記以外の点は、改質システム50A(図4(A)参照)と同じである。また、燃料電池システム1Bの、改質システム50B以外の構成は、改質システム50A(図4(A)参照)以外の燃料電池システム1A(図4(A)参照)の構成と同じである。
In the reforming
上述のように構成された改質システム50Bを含む燃料電池システム1Bは、脱硫前原料ライン21へのリサイクルガスRの供給状態の異常の有無を判断する際に、記憶部18Bに記憶されている基準値に照合する値として、混合流体湿度計42で検知された値と、混合前原料湿度計41で検知された値との差を用いるので、仮に、脱硫前原料Drの供給系統に外乱が生じて脱硫前原料Drの絶対湿度が変動した場合であっても、外乱の影響を低減して、脱硫前原料ライン21へのリサイクルガスRの供給状態の異常の有無を精度よく検知することができる。
The
以上の変形例に係る改質システム50A、50Bの説明では、改質システム50Aにおいては混合流体湿度計42が、改質システム50Bにおいては混合流体湿度計42及び混合前原料湿度計41が、それぞれ絶対湿度を検知するものであるとしたが、相対湿度を検知するものであってもよい。
In the description of the reforming
以上の説明では、水分レベル検知部(RG湿度計43、混合流体湿度計42)が、流体の水分レベルを直接検知するものであるとしたが、流体の水分レベルを間接的に検知するものであってもよい。流体の水分レベルを間接的に検知する構成の一例として、排出弁36が開となる時間間隔を計測し、排出弁36が開となる時間間隔が所定の間隔以上となったときに、改質ガス供給部(RG供給部30)における改質ガス(リサイクルガスR)の供給状態に異常が生じた可能性があると判断することが挙げられる。この構成は、RGライン31にリサイクルガスRが流れている場合は、ドレーナ34に凝縮水cが溜まっていって排出管35から排出されるべきところ、排出管35から凝縮水cが排出されない場合は、凝縮水cが溜まる状況にない、すなわちRGライン31にリサイクルガスRが流れていないと推定できることを前提にしたものである。
In the above description, the moisture level detector (
以上の説明では、RGライン31にRGポンプ33(改質ガス流量調節部)が配設されているとしたが、改質部51から改質ガスEが排出される際の圧力で脱硫前原料ライン21にリサイクルガスRを供給できる場合は、RGポンプ33(改質ガス流量調節部)を省略してもよい。また、改質ガス流量調節部を省略した場合は、RGライン31等の改質ガスラインを流れる改質ガスの流量を所望の流量にするためにオリフィスを設けることとしてもよい。また、改質ガス中の水分を減少させなくてもよい場合は、ドレーナ34を省略するとよい。
In the above description, the RG pump 33 (reformed gas flow rate adjusting unit) is disposed in the
以上の説明では、ドレーナ温度計48で検知されたドレーナ34の温度に応じて、脱硫前原料Drへの改質ガス(リサイクルガスR)の供給状態に異常があるか否かを判断する基準値(閾値)を補正することとしたが、ドレーナ34の温度以外に、改質システムあるいは燃料電池システムの筐体(不図示)内の温度や、外気温等、脱硫前原料Drに混合される改質ガス(リサイクルガスR)の含有水分量に影響を与え得る、ドレーナ34の温度と相関を有する温度を検知して、この検知した温度に応じて基準値(閾値)を補正することとしてもよい。また、ドレーナ34の温度又はこれと相関を有する温度の変化が、脱硫前原料Drへの改質ガス(リサイクルガスR)の供給状態の異常の有無の判断に与える影響が小さいと考えられる場合は、基準値(SV、SVA)の補正を行わないこととして、制御を簡略化するとよい。
In the above description, the reference value for determining whether there is an abnormality in the supply state of the reformed gas (recycle gas R) to the raw material Dr before desulfurization according to the temperature of the
1、1A、1B 燃料電池システム
11 脱硫部
16、16A、16B 状態検知部
17 制御部
18、18A、18B 記憶部
20 原料供給部
30 改質ガス供給部
33 RGポンプ
34 ドレーナ
41 混合前原料湿度計
42 混合流体湿度計
43 RG湿度計
48 ドレーナ温度計
50、50A、50B 改質システム
51 改質部
61 燃料電池
A 空気
Dr 脱硫前原料
Df 脱硫済原料
DR 混合流体
E 改質ガス
HF 水素含有流体
R リサイクルガス(改質ガス)
1, 1A, 1B
Claims (10)
前記脱硫部に前記脱硫対象原料を供給する原料供給部と、
前記脱硫済原料を導入し改質して水素を含有する改質ガスを生成する改質部と、
前記脱硫対象原料に前記改質ガスを混合させる改質ガス供給部と、
前記改質ガス供給部における前記改質ガス、及び前記脱硫対象原料と前記改質ガスとが混合した混合流体、の一方である水素含有流体の水分レベルを直接又は間接的に検知する水分レベル検知部と、
前記水分レベル検知部で検知された前記水素含有流体の水分レベルに基づいて、前記改質ガス供給部における前記改質ガスの供給状態を検知する状態検知部とを備える、
改質システム。 A desulfurization section for producing a desulfurized raw material by hydrodesulfurizing a raw material to be desulfurized;
A raw material supply unit that supplies the desulfurization target raw material to the desulfurization unit;
A reforming section that introduces and reforms the desulfurized raw material to generate a reformed gas containing hydrogen;
A reformed gas supply unit for mixing the reformed gas with the raw material to be desulfurized;
Moisture level detection that directly or indirectly detects the moisture level of the hydrogen-containing fluid that is one of the reformed gas in the reformed gas supply unit and the mixed fluid in which the raw material to be desulfurized and the reformed gas are mixed. And
A state detection unit that detects a supply state of the reformed gas in the reformed gas supply unit based on the moisture level of the hydrogen-containing fluid detected by the moisture level detection unit;
Reforming system.
請求項1に記載の改質システム。 The reformed gas supply unit has a drainer that removes condensed water in the reformed gas,
The reforming system according to claim 1.
前記状態検知部は、前記温度検知部が検知した温度に応じて、前記改質ガスの供給状態を検知する基準を変更する、
請求項2に記載の改質システム。 A temperature detector for detecting the temperature of the drainer or a temperature correlated with the temperature of the drainer;
The state detection unit changes a reference for detecting the supply state of the reformed gas according to the temperature detected by the temperature detection unit.
The reforming system according to claim 2.
請求項2又は請求項3に記載の改質システム。 The moisture level detection unit is provided in the reformed gas supply unit downstream of the drainer when viewed in the flow direction of the reformed gas.
The reforming system according to claim 2 or claim 3.
請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の改質システム。 The moisture level detector detects the moisture level of the mixed fluid;
The reforming system according to any one of claims 1 to 3.
前記状態検知部は、前記水分レベル検知部で検知された前記水素含有流体の水分レベルと前記混合前原料水分レベル検知部で検知された前記脱硫対象原料の水分レベルとの差に基づいて、前記改質ガス供給部における前記改質ガスの供給状態を検知する、
請求項5に記載の改質システム。 A pre-mixing raw material moisture level detection unit that detects the moisture level of the raw material to be desulfurized before the reformed gas is mixed;
The state detection unit is based on the difference between the moisture level of the hydrogen-containing fluid detected by the moisture level detection unit and the moisture level of the raw material to be desulfurized detected by the raw material moisture level detection unit before mixing. Detecting the supply state of the reformed gas in the reformed gas supply unit,
The reforming system according to claim 5.
請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の改質システム。 The state detection unit issues an instruction to perform an abnormality handling process when detecting an abnormality in the supply state of the reformed gas,
The reforming system according to any one of claims 1 to 6.
前記改質ガス流量調節部を制御する制御部を備え、
前記状態検知部は、前記異常対応処理として、前記改質ガスの供給状態の異常を抑制するために前記改質ガス流量調節部を調節する指令を前記制御部に送る、
請求項7に記載の改質システム。 The reformed gas supply unit has a reformed gas flow rate adjusting unit that adjusts the flow rate of the reformed gas to be mixed with the desulfurization target raw material,
A control unit for controlling the reformed gas flow rate control unit;
The state detection unit sends a command to the control unit to adjust the reformed gas flow rate adjusting unit in order to suppress an abnormality in the supply state of the reformed gas as the abnormality handling process.
The reforming system according to claim 7.
前記改質部で生成された前記改質ガスと、酸素を含有する酸化剤ガスと、を導入して発電する燃料電池とを備える、
燃料電池システム。 The reforming system according to any one of claims 1 to 8,
A fuel cell that generates power by introducing the reformed gas generated in the reforming unit and an oxidant gas containing oxygen; and
Fuel cell system.
前記脱硫工程において生成された脱硫済原料を改質して水素を含有する改質ガスを生成する改質工程と、
前記改質工程において生成された前記改質ガスを、前記水素を含有するガスとして前記脱硫対象原料に混合させる改質ガス混合工程と、
前記改質ガス、及び前記脱硫対象原料と前記改質ガスとが混合した混合流体、の一方である水素含有流体の水分レベルを検知する水分レベル検知工程と、
前記水分レベル検知工程で検知された前記水素含有流体の水分レベルに基づいて、前記改質ガス混合工程における前記改質ガスの供給状態を検知する状態検知工程とを備える、
改質ガスの製造方法。 A desulfurization step of hydrodesulfurizing the raw material to be desulfurized after mixing a gas containing hydrogen;
A reforming step of reforming the desulfurized raw material generated in the desulfurization step to generate a reformed gas containing hydrogen;
A reformed gas mixing step of mixing the reformed gas generated in the reforming step with the raw material to be desulfurized as the gas containing hydrogen;
A moisture level detection step of detecting a moisture level of a hydrogen-containing fluid that is one of the reformed gas and a mixed fluid in which the raw material to be desulfurized and the reformed gas are mixed;
A state detection step of detecting a supply state of the reformed gas in the reformed gas mixing step based on the moisture level of the hydrogen-containing fluid detected in the moisture level detection step.
A method for producing reformed gas.
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