JP2017105645A - Hydrogen generation device and fuel cell system therewith and operation method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水素生成装置及びそれを用いた燃料電池システム並びにその運転方法に関するものである。 The present invention relates to a hydrogen generator, a fuel cell system using the same, and an operating method thereof.
従来から、エネルギーを有効に利用することが可能である分散型の発電装置として、発電効率及び総合効率が共に高い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)が注目されている。 Conventionally, a fuel cell cogeneration system (hereinafter simply referred to as “fuel cell system”) that has both high power generation efficiency and overall efficiency has attracted attention as a distributed generator that can effectively use energy. .
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好適に用いられる。 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 and no electrolyte dissipation compared to phosphoric acid fuel cells. Used.
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ー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。 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.
燃料電池に供給する水素を生成する方法として、改質反応が一般的に用いられている。改質反応は、例えば、原料となる都市ガスと水蒸気とをNi系やRu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を生成する。 A reforming reaction is generally used as a method for generating hydrogen to be supplied to a fuel cell. The reforming reaction includes, for example, hydrogen containing hydrogen as a main component by reacting raw city gas and water vapor at a high temperature of about 600 ° C. to 700 ° C. using a Ni-based or Ru-based reforming catalyst. Generate gas.
また、改質器では副反応として一酸化炭素(CO)を生成するため、COが燃料電池を被毒して電圧を低下させる場合は(固体高分子型燃料電池等の場合)、CO除去器を改質器の下流側に備える。 In addition, since carbon monoxide (CO) is generated as a side reaction in the reformer, when CO poisons the fuel cell to lower the voltage (in the case of a polymer electrolyte fuel cell or the like), the CO remover Is provided downstream of the reformer.
CO除去器では、COと水蒸気を反応させCOを低減するCO変成触媒と、COと微量に加えた酸素を反応させてCOを酸化除去する選択酸化触媒が例示される。それぞれの触媒をCO除去反応に適した温度範囲にすることでCO除去器として機能する。 Examples of the CO remover include a CO conversion catalyst that reacts CO with water vapor to reduce CO, and a selective oxidation catalyst that reacts CO with a small amount of oxygen to oxidize and remove CO. Each catalyst functions as a CO remover by setting it to a temperature range suitable for the CO removal reaction.
ところで、水素生成装置の改質器に原料として供給される天然ガスは、通常、微量の窒素化合物を含有している。この窒素化合物の含有率は、例えば、天然ガスを供給する地域により異なっている。 By the way, natural gas supplied as a raw material to a reformer of a hydrogen generator usually contains a small amount of nitrogen compound. The content rate of this nitrogen compound changes with the area which supplies natural gas, for example.
そして、この窒素化合物を含有する天然ガスが水素生成装置の改質器に供給されると、その改質器が備える改質触媒上において、水蒸気改質反応により生成される水素と窒素化合物との化学反応が進行することにより、アンモニアが生成されることがある。 Then, when the natural gas containing the nitrogen compound is supplied to the reformer of the hydrogen generator, the hydrogen produced by the steam reforming reaction and the nitrogen compound on the reforming catalyst provided in the reformer. As the chemical reaction proceeds, ammonia may be generated.
ここで、CO除去器に設けられた選択酸化触媒の触媒種によっては、改質器で生成されたアンモニアが吸着される場合がある。このアンモニアによる選択酸化触媒への吸着は、CO除去器の温度が低いほど吸着量が増える傾向にある。 Here, depending on the catalyst type of the selective oxidation catalyst provided in the CO remover, ammonia generated in the reformer may be adsorbed. The adsorption to the selective oxidation catalyst by ammonia tends to increase the amount of adsorption as the temperature of the CO remover decreases.
逆に温度が高くなると吸着したアンモニアが脱離し、水素含有ガス中のアンモニア濃度が高くなる。これは、固体高分子形燃料電池における電極触媒のアンモニアによる被毒の原因となり、固体高分子形燃料電池の発電性能を著しく低下させる。 Conversely, when the temperature increases, the adsorbed ammonia is desorbed, and the ammonia concentration in the hydrogen-containing gas increases. This causes poisoning of the electrode catalyst by ammonia in the polymer electrolyte fuel cell, and remarkably deteriorates the power generation performance of the polymer electrolyte fuel cell.
水素生成装置でCO除去器の選択酸化反応量が少なく温度が低くなる低負荷の運転が長くなると、運転時間に応じてアンモニア吸着量が増える。吸着量が多い状態でCO除去器の選択酸化反応量が多く温度が高くなる高負荷な運転まで負荷を上昇させると、吸着していたアンモニアが一気に放出されることになる。 If the low-load operation in which the selective oxidation reaction amount of the CO remover is low and the temperature is low in the hydrogen generator becomes longer, the ammonia adsorption amount increases in accordance with the operation time. When the load is increased to a high-load operation where the amount of selective oxidation reaction of the CO remover is large and the temperature is high in a state where the amount of adsorption is large, the adsorbed ammonia is released at once.
そこで、負荷上昇時にはCO除去器の温度が一定の範囲内であるとき、一定の変化速度で原料供給量を変化させる方法が提案された(例えば、特許文献1参照)。 In view of this, a method has been proposed in which the raw material supply amount is changed at a constant change rate when the temperature of the CO remover is within a certain range when the load increases (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、上記従来の構成では、低負荷でのアンモニア吸着が考慮されておらず、負荷上昇時にCO除去器からアンモニアが急激に脱離し、水素含有ガス中のアンモニア濃度のピーク値が高くなる恐れがあった。 However, in the above conventional configuration, ammonia adsorption at low load is not taken into consideration, and when the load is increased, ammonia is rapidly desorbed from the CO remover, which may increase the peak value of the ammonia concentration in the hydrogen-containing gas. there were.
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、原料供給量増加時の水素含有ガス中のアンモニア濃度のピーク値を低くすることができる水素生成装置及び燃料電池システムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-described conventional problems, and to provide a hydrogen generator and a fuel cell system capable of reducing the peak value of the ammonia concentration in the hydrogen-containing gas when the amount of raw material supply is increased. To do.
上記従来の課題を解決するために、本発明の水素生成装置は、改質器により生成された水素含有ガス中の一酸化炭素を選択酸化触媒によって低減するCO除去器と、改質器に原料を供給する原料供給器と、制御器と、を備え、制御器は、運転を開始してからの運転継続時間または累積運転時間が長くなるにしたがって、原料供給器から改質器に供給される原料供給量を増加させる場合における原料供給量の増加速度を減少させる。 In order to solve the above-described conventional problems, a hydrogen generator of the present invention includes a CO remover that reduces carbon monoxide in a hydrogen-containing gas generated by a reformer using a selective oxidation catalyst, and a raw material in the reformer. The controller is supplied from the raw material supplier to the reformer as the operation continuation time or cumulative operation time from the start of operation becomes longer. When the raw material supply amount is increased, the increase rate of the raw material supply amount is decreased.
これにより、原料供給量増加時のCO除去器の温度上昇を緩やかにし、原料供給量増加時の水素含有ガス中のアンモニア濃度のピーク値を低くすることができる。 Thereby, the temperature rise of the CO remover when the raw material supply amount increases can be moderated, and the peak value of the ammonia concentration in the hydrogen-containing gas when the raw material supply amount increases can be lowered.
本発明は、原料供給量増加時の水素含有ガス中のアンモニア濃度のピーク値を低くすることができる。そのため、水素含有ガス中のアンモニア濃度の増加による燃料電池システムの発電停止を抑止することができ、信頼性を向上することができる。 The present invention can lower the peak value of the ammonia concentration in the hydrogen-containing gas when the raw material supply amount is increased. Therefore, it is possible to suppress the stop of power generation in the fuel cell system due to an increase in the ammonia concentration in the hydrogen-containing gas, and the reliability can be improved.
第1の発明の水素生成装置は、炭化水素および窒素化合物を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質触媒を有する改質器と、前記改質器により生成された水素含有ガス中の一酸化炭素を選択酸化触媒によって低減するCO除去器と、前記改質器に前記原料を供給する原料供給器と、制御器と、を備え、前記制御器は、運転を開始してからの運転継続時間が長くなるにしたがって、前記原料供給器から前記改質器に供給される原料供給量を増加させる場合における前記原料供給量の増加速度を減少させるのである。 A hydrogen generator of a first invention includes a reformer having a reforming catalyst that reforms a raw material containing hydrocarbons and a nitrogen compound to generate a hydrogen-containing gas, and a hydrogen-containing gas generated by the reformer A CO remover for reducing carbon monoxide in the selective oxidation catalyst, a raw material supplier for supplying the raw material to the reformer, and a controller, and the controller starts operation. As the operation continuation time becomes longer, the rate of increase of the raw material supply amount when the raw material supply amount supplied from the raw material supply device to the reformer is increased is decreased.
これにより、原料供給量増加時のCO除去器の温度上昇を緩やかにし、CO除去器に運転継続時間が長くなるほど多く吸着したアンモニアが急激に脱離することを防ぎ、原料供給量増加時の水素含有ガス中のアンモニア濃度のピーク値を低くすることができる。 As a result, the temperature rise of the CO remover when the raw material supply amount is increased is moderated, and the more adsorbed ammonia is prevented from desorbing rapidly as the operation duration time becomes longer. The peak value of the ammonia concentration in the contained gas can be lowered.
第2の発明の水素生成装置は、炭化水素および窒素化合物を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質触媒を有する改質器と、前記改質器により生成された水素含有ガス中の一酸化炭素を選択酸化触媒によって低減するCO除去器と、前記改質器に前記原料を供給する原料供給器と、制御器と、を備え、前記制御器は、運転を開始してからの累積運転時間が長くなるにしたがって、前記原料供給器から前記改質器に供給される原料供給量を増加させる場合における前記原料供給量の増加速度を減少させるのである。 The hydrogen generator of the second invention includes a reformer having a reforming catalyst for reforming a raw material containing hydrocarbons and a nitrogen compound to generate a hydrogen-containing gas, and a hydrogen-containing gas generated by the reformer A CO remover for reducing carbon monoxide in the selective oxidation catalyst, a raw material supplier for supplying the raw material to the reformer, and a controller, and the controller starts operation. As the cumulative operation time increases, the rate of increase of the raw material supply amount when the raw material supply amount supplied from the raw material supply device to the reformer is increased is decreased.
これにより、原料供給量増加時のCO除去器の温度上昇を緩やかにし、CO除去器に累積運転時間が長くなるほど多く吸着したアンモニアが急激に脱離することを防ぎ、原料供給量増加時の水素含有ガス中のアンモニア濃度のピーク値を低くすることができる。 As a result, the temperature rise of the CO remover when the raw material supply amount increases is moderated, and the more adsorbed ammonia is prevented from desorbing rapidly as the cumulative operation time becomes longer. The peak value of the ammonia concentration in the contained gas can be lowered.
第3の発明の水素生成装置は、炭化水素および窒素化合物を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質触媒を有する改質器と、前記改質器により生成された水素含有ガス中の一酸化炭素を選択酸化触媒によって低減するCO除去器と、前記改質器に前記原料を供給する原料供給器と、制御器と、を備え、前記制御器は、運転を開始してからの運転継続時間の長さ、及び、累積運転時間の長さにしたがって、前記原料供給器から前記改質器に供給される原料供給量を増加させる場合における前記原料供給量の増加速度を減少させるのである。 A hydrogen generator according to a third aspect of the present invention includes a reformer having a reforming catalyst that reforms a raw material containing a hydrocarbon and a nitrogen compound to generate a hydrogen-containing gas, and a hydrogen-containing gas generated by the reformer A CO remover for reducing carbon monoxide in the selective oxidation catalyst, a raw material supplier for supplying the raw material to the reformer, and a controller, and the controller starts operation. The increase rate of the raw material supply amount is decreased when the raw material supply amount supplied from the raw material supplier to the reformer is increased according to the length of the operation duration and the cumulative operation time. It is.
これにより、原料供給量増加時のCO除去器の温度上昇を緩やかにし、CO除去器に運転継続時間と累積運転時間が長くなるほど多く吸着したアンモニアが急激に脱離することを防ぎ、原料供給量増加時の水素含有ガス中のアンモニア濃度のピーク値を低くすることができる。 As a result, the temperature rise of the CO remover at the time of increasing the raw material supply amount is moderated, and the amount of ammonia adsorbed to the CO remover is prevented from desorbing rapidly as the operation duration time and cumulative operation time become longer. The peak value of the ammonia concentration in the hydrogen-containing gas at the time of increase can be lowered.
第4の発明の水素生成装置は、特に、第1から第3のいずれかの発明の水素生成装置において、前記制御器は、前記改質器に供給される原料供給量が最大原料供給量に到達した
ら、運転継続時間、及び、累積運転時間をリセットするのである。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a hydrogen generating apparatus according to any one of the first to third aspects of the invention, wherein the controller is configured such that the raw material supply amount supplied to the reformer is the maximum raw material supply amount. When it reaches, the operation duration time and the accumulated operation time are reset.
これにより、原料供給量が最大原料供給量に到達したときのCO除去器に吸着したアンモニアの脱離を考慮して、原料供給量の増加速度がリセットされる。したがって、原料供給量の増加速度をCO除去器のアンモニア吸着量に応じた増加速度に設定することができる。 Thereby, the increase rate of the raw material supply amount is reset in consideration of desorption of ammonia adsorbed on the CO remover when the raw material supply amount reaches the maximum raw material supply amount. Therefore, the increasing rate of the raw material supply amount can be set to an increasing rate corresponding to the ammonia adsorption amount of the CO remover.
第5の発明の水素生成装置は、特に、第1から第4のいずれかの発明の水素生成装置において、前記制御器は、運転継続時間が、第1時間に達するまでは前記原料供給量の増加速度を変化させないのである。 The hydrogen generator of the fifth invention is the hydrogen generator of any of the first to fourth inventions, in particular, the controller is configured to adjust the supply amount of the raw material until the operation continuation time reaches the first time. The rate of increase is not changed.
これにより、起動直後はCO除去器の温度が低くアンモニアが脱離しにくく、水素含有ガス中のアンモニア濃度が高くならないため、第1時間までは、原料供給量増加速度を最大値に維持することができ、水素生成装置の負荷追従性を保つことができる。 As a result, the temperature of the CO remover is low and ammonia is not easily desorbed immediately after startup, and the ammonia concentration in the hydrogen-containing gas does not increase. Therefore, until the first time, the feed rate increase rate can be maintained at the maximum value. And the load followability of the hydrogen generator can be maintained.
第6の発明の水素生成装置は、特に、第5の発明の水素生成装置において、前記制御器は、前記第1時間を累積運転時間が長くなるにしたがって短くするのである。 According to a sixth aspect of the present invention, in the hydrogen generating apparatus of the fifth aspect of the invention, the controller shortens the first time as the cumulative operation time becomes longer.
これにより、累積運転時間が長くなることによって蓄積されたCO除去器へのアンモニア吸着量を考慮したうえで第1時間を設定する。したがって、原料供給量増加速度を減少させはじめる時間を適切に設定することができる。 Thus, the first time is set in consideration of the amount of ammonia adsorbed to the CO remover accumulated as the accumulated operation time becomes longer. Therefore, it is possible to appropriately set the time for starting to decrease the raw material supply amount increase rate.
第7の発明の燃料電池システムは、第1から第6のいずれかの発明の水素生成装置と、酸化剤ガス及び前記水素生成装置からの水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、を備えるのである。 A fuel cell system according to a seventh aspect includes the hydrogen generator according to any one of the first to sixth aspects, and a fuel cell that generates power using the oxidant gas and the hydrogen-containing gas from the hydrogen generator. It is.
これにより、原料供給量増加時の水素含有ガス中のアンモニア濃度のピーク値を低減することができ、燃料電池の劣化を抑制することができるため、信頼性の高い燃料電池システムを提供することができる。 Accordingly, it is possible to reduce the peak value of the ammonia concentration in the hydrogen-containing gas when the supply amount of the raw material is increased, and to suppress deterioration of the fuel cell. Therefore, it is possible to provide a highly reliable fuel cell system. it can.
第8の発明の燃料電池システムは、特に、第7の発明の燃料電池システムにおいて、前記制御器は、前記原料増加速度に応じて、前記燃料電池の発電電力の増加速度を変化させるのである。 In the fuel cell system according to an eighth aspect of the invention, in particular, in the fuel cell system according to the seventh aspect of the invention, the controller changes the increase rate of the generated power of the fuel cell in accordance with the raw material increase rate.
これにより、発電電力量増加時の水素生成装置より導入される水素含有ガス中のアンモニア濃度のピーク値を低減することができ、高濃度アンモニアによる燃料電池の被毒を抑制することができるので、発電を維持することができる信頼性の高い燃料電池システムを提供することができる。 Thereby, it is possible to reduce the peak value of the ammonia concentration in the hydrogen-containing gas introduced from the hydrogen generator when the amount of generated power is increased, and it is possible to suppress poisoning of the fuel cell due to high concentration ammonia, A highly reliable fuel cell system capable of maintaining power generation can be provided.
第9の発明の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と、前記改質器により生成された水素含有ガス中の一酸化炭素を選択酸化触媒によって低減するCO除去器と、前記改質器に前記原料を供給する原料供給器と、を備えた水素生成装置の運転方法であって、運転を開始してからの運転継続時間が長くなるにしたがって、前記原料供給器から前記改質器に供給される原料供給量を増加させる場合における前記原料供給量の増加速度を減少させるのである。 According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a method for operating a hydrogen generator comprising a reformer for reforming a raw material containing hydrocarbons to produce a hydrogen-containing gas, and carbon monoxide in the hydrogen-containing gas produced by the reformer. An operation method of a hydrogen generator comprising a CO remover that reduces the amount by a selective oxidation catalyst and a raw material supplier that supplies the raw material to the reformer, and the operation duration time from the start of operation As the length increases, the rate of increase of the raw material supply amount in the case of increasing the raw material supply amount supplied from the raw material supply device to the reformer is decreased.
これにより、原料供給量増加時のCO除去器の温度上昇を緩やかにし、CO除去器に運転継続時間が長くなるほど多く吸着したアンモニアが急激に脱離することを防ぎ、原料供給量増加時の水素含有ガス中のアンモニア濃度のピーク値を低くすることができる。 As a result, the temperature rise of the CO remover when the raw material supply amount is increased is moderated, and the more adsorbed ammonia is prevented from desorbing rapidly as the operation duration time becomes longer. The peak value of the ammonia concentration in the contained gas can be lowered.
第10の発明の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と、前記改質器により生成された水素含有ガス中の一酸化炭素を選択酸化触媒によって低減するCO除去器と、前記改質器に前記原料を供給する原料供給器とを備えた水素生成装置の運転方法であって、運転を開始してからの累積運転時間が長くなるにしたがって、前記原料供給器から前記改質器に供給される原料供給量を増加させる場合における前記原料供給量の増加速度を減少させるのである。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a method for operating a hydrogen generator, a reformer for reforming a raw material containing hydrocarbons to generate a hydrogen-containing gas, and carbon monoxide in the hydrogen-containing gas generated by the reformer. Is a method for operating a hydrogen generator comprising a CO remover that reduces the amount of gas by a selective oxidation catalyst and a raw material supplier that supplies the raw material to the reformer, and the cumulative operation time since the start of operation As the length increases, the rate of increase of the raw material supply amount when the raw material supply amount supplied from the raw material supply device to the reformer is increased is decreased.
これにより、原料供給量増加時のCO除去器の温度上昇を緩やかにし、CO除去器に累積運転時間が長くなるほど多く吸着したアンモニアが急激に脱離することを防ぎ、原料供給量増加時の水素含有ガス中のアンモニア濃度のピーク値を低くすることができる。 As a result, the temperature rise of the CO remover when the raw material supply amount increases is moderated, and the more adsorbed ammonia is prevented from desorbing rapidly as the cumulative operation time becomes longer. The peak value of the ammonia concentration in the contained gas can be lowered.
第11の発明の水素生成装置の運転方法は、炭化水素および窒素化合物を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質触媒を有する改質器と、前記改質器により生成された水素含有ガス中の一酸化炭素を選択酸化触媒によって低減するCO除去器と、前記改質器に前記原料を供給する原料供給器と、を備えた水素生成装置の運転方法であって、運転を開始してからの運転継続時間の長さ、及び、累積運転時間の長さにしたがって、前記原料供給器から前記改質器に供給される原料供給量を増加させる場合における前記原料供給量の増加速度を減少させるのである。 According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided a method for operating a hydrogen generator, comprising a reformer having a reforming catalyst for reforming a raw material containing hydrocarbons and a nitrogen compound to generate a hydrogen-containing gas, and the reformer. An operation method of a hydrogen generator comprising: a CO remover that reduces carbon monoxide in a hydrogen-containing gas by a selective oxidation catalyst; and a raw material supplier that supplies the raw material to the reformer, Increase in the raw material supply amount in the case of increasing the raw material supply amount supplied from the raw material supplier to the reformer according to the length of operation continuation time from the start and the length of the cumulative operation time It reduces the speed.
これにより、原料供給量増加時のCO除去器の温度上昇を緩やかにし、CO除去器に運転継続時間と累積運転時間が長くなるほど多く吸着したアンモニアが急激に脱離することを防ぎ、原料供給量増加時の水素含有ガス中のアンモニア濃度のピーク値を低くすることができる。 As a result, the temperature rise of the CO remover at the time of increasing the raw material supply amount is moderated, and the amount of ammonia adsorbed to the CO remover is prevented from desorbing rapidly as the operation duration time and cumulative operation time become longer. The peak value of the ammonia concentration in the hydrogen-containing gas at the time of increase can be lowered.
第12の発明の燃料電池システムの運転方法は、水素生成装置と、酸化剤ガス及び前記水素生成装置からの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の運転方法であって、前記水素生成装置が、第9から第11のいずれかの発明の水素生成装置の運転方法で運転されるのである。 An operating method of a fuel cell system according to a twelfth aspect of the invention is an operating method of a fuel cell system comprising a hydrogen generator, and a fuel cell that generates electricity using an oxidant gas and a hydrogen-containing gas from the hydrogen generator. Thus, the hydrogen generator is operated by the operation method of the hydrogen generator of any of the ninth to eleventh aspects.
これにより、発電電力量増加時に水素生成装置より導入される水素含有ガス中のアンモニア濃度のピーク値を低減することができ、高濃度アンモニアによる燃料電池の被毒を抑制することができるので、発電を維持することができる信頼性の高い燃料電池システムを提供することができる。 As a result, the peak value of the ammonia concentration in the hydrogen-containing gas introduced from the hydrogen generator when the amount of generated power is increased can be reduced, and poisoning of the fuel cell due to high-concentration ammonia can be suppressed. It is possible to provide a highly reliable fuel cell system capable of maintaining the above.
以下、本発明を、実施の形態でさらに詳しく説明するが、本発明が、これら実施の形態により制限されないことは勿論である。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to embodiments, but it is needless to say that the present invention is not limited to these embodiments.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における水素生成装置と燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a hydrogen generator and a fuel cell system according to
図1において、改質器1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。原料は、都市ガスとする。都市ガスとは、ガス会社から配管を通じて各家庭等に供給されるガスをいう。改質反応は、水蒸気改質反応とする。改質器温度検知器12は改質器1の温度を検知する。改質器温度検知器12は熱電対によって構成される。
In FIG. 1, a
原料供給器2は、原料を改質器1に供給する。原料供給器2は、昇圧器によって構成される。水供給器3は、水を改質器1に供給する。水供給器3は、水の流量を調整し、ポンプによって構成される。CO除去器11は、改質器1から出た水素含有ガス中のCOを選択酸化反応、により低減させる選択酸化反応器とする。選択酸化用空気供給器6は、CO
除去器11へ供給される選択酸化用空気を供給するブロアである。
The
It is a blower for supplying air for selective oxidation supplied to the
水素生成装置100で生成された水素含有ガスは、水素供給路8を介して燃料電池151に供給される。水素供給路8はCO除去器11から燃料電池151まで繋がっている。水素供給路8中に封止器7があり。封止器7は電磁弁で構成される。燃料電池151は固体高分子型燃料電池とする。
The hydrogen-containing gas generated by the
加熱器4は、改質器1を加熱する燃焼器とする。加熱器4の燃焼に用いる燃料には、水素生成装置の起動中は、改質器1より排出される水素含有ガスが用いられる。加熱器4に供給される水素含有ガスは、CO除去器11から封止器7の間で分岐して封止器13を通り、加熱器4に導入される燃料供給路10を介して加熱器4に直接供給される。
The heater 4 is a combustor that heats the
燃料電池151へ水素含有ガスの供給を開始してからは、燃料電池151で利用されなかったガスは、リターン流路15から封止器14及び燃料供給路10を介して加熱器4に供給される。燃料供給器9はポンプによって構成される。封止器13及び封止器14は電磁弁で構成される。空気供給器5は、加熱器4に燃焼空気を供給する。空気供給器5は、ファンにより構成される。
After the supply of the hydrogen-containing gas to the
制御器50は、燃料電池システム200全体を制御可能な制御装置とする。制御器50は、演算処理部(図示せず)であるCPUと、制御プログラムを記憶する記憶部(図示せず)であるメモリとを備える。制御器50は、集中制御を行う単独の制御器で構成されている。
The
以上のように構成された燃料電池システムについて、以下その動作、作用を説明する。 About the fuel cell system comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
なお、以下の動作は、制御器50が燃料電池システム200を制御することによって行われる。
The following operation is performed by the
水素生成装置100が起動すると、加熱器4における燃焼を開始する。このとき、封止器7と封止器14を閉止、封止器13を開封し、水素供給路8から分岐して伸び、加熱器4に至る燃焼用の燃料供給路10がガス通気状態となっている。
When the
よって、原料供給器2の動作開始により原料が改質器1に供給されると、改質器1を通過した原料は、上記燃焼用の燃料供給路10を用いて加熱器4に供給される。同時に、空気供給器5の動作開始により、燃焼用の空気が加熱器4に供給される。
Therefore, when the raw material is supplied to the
加熱器4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4から供給される燃焼熱により、改質器1加熱される。
In the heater 4, an ignition operation is performed by an ignition electrode (not shown), and combustion of fuel occurs using combustion air. In this way, the
次いで、水供給器3の動作開始により、改質器1に水が供給される。水の供給開始後、改質器1で生成された水素含有ガスの組成が燃料電池151への供給に適した組成になった段階で、封止器13を閉止、封止器7と封止器14を開封し、燃料電池151に水素含有ガスが供給される。水素含有ガスの供給開始後、運転継続時間のカウントを開始する。運転継続時間をtとする。
Next, water is supplied to the
原料供給量が最大原料供給量より少ないと、CO除去器11における選択酸化反応量が少なくなり、CO除去器11の温度が低くなる。そのため、原料中の窒素と水素が反応して生成されるアンモニアが選択酸化触媒に吸着する。また、選択酸化触媒へのアンモニア吸着量の総量は、運転継続時間が長くなるにしたがって多くなる。
When the raw material supply amount is smaller than the maximum raw material supply amount, the selective oxidation reaction amount in the
原料供給量が最大原料供給量に到達すると、CO除去器11の選択酸化反応量が増えてCO除去器11が高温になり、吸着したアンモニアが脱離するので、tを原料供給量が最大原料供給量に到達したときにリセットする。最大原料供給量を3.5NLMとする。
When the raw material supply amount reaches the maximum raw material supply amount, the selective oxidation reaction amount of the
以下、原料供給量増加時の増加速度決定方法について、原料供給量増加速度をvとして説明する。 Hereinafter, the increase rate determination method at the time of increasing the raw material supply amount will be described with the raw material supply amount increase rate as v.
図2は本発明の実施の形態1の水素生成装置と燃料電池システムにおける運転継続時間から原料供給量増加速度を設定することを説明するための説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the setting of the raw material supply amount increase rate from the operation continuation time in the hydrogen generator and the fuel cell system according to
運転継続時間tが長くなればなるほどCO除去器11に吸着するアンモニアの総量が多くなるので、図2に示すように、運転継続時間tが長くなるにともなって原料供給量増加速度vを小さくする。
As the operation duration time t becomes longer, the total amount of ammonia adsorbed to the
制御器50から原料供給量増加の指令が入ったとき、そのときの運転継続時間tに対応する原料供給量増加速度vを図2から設定する。
When a command for increasing the raw material supply amount is input from the
図2に示すように、運転継続時間tが20hであれば原料供給量増加速度vは0.08NLM/sとする。運転継続時間tが30hとなれば、原料供給量増加速度vは0.06NLM/sとし、運転継続時間tが長くなるにしたがって、原料供給量増加速度vを小さくする。設定した原料供給量増加速度vで原料供給量の増加を開始する。 As shown in FIG. 2, if the operation continuation time t is 20 h, the raw material supply amount increase rate v is set to 0.08 NLM / s. When the operation continuation time t becomes 30 h, the raw material supply amount increase rate v is set to 0.06 NLM / s, and the raw material supply amount increase rate v decreases as the operation continuation time t increases. The raw material supply amount starts to increase at the set raw material supply amount increase rate v.
以上の動作により、運転継続時間tが長くなるとともに、原料供給量増加速度vを小さくすることで、CO除去器11における選択酸化反応量の上昇が緩やかになり、CO除去器11の温度上昇が緩やかになる。
As a result of the above operation, the operation duration time t becomes longer and the raw material supply amount increase rate v is reduced, whereby the increase in the selective oxidation reaction amount in the
したがって、CO除去器11にtが長くなるほど多く吸着したアンモニアが急激に脱離することを防ぎ、原料供給量増加時に水素含有ガス中のアンモニア濃度は徐々に高くなるが、アンモニア濃度のピーク値を低くすることができる。
Therefore, it is possible to prevent a large amount of ammonia adsorbed on the
そのため、高濃度アンモニアによる燃料電池151の被毒を抑制することができ、発電を維持することができる信頼性の高い燃料電池システム200を提供することができる。
Therefore, it is possible to provide a highly reliable
なお、燃料電池151は、リン酸型燃料電池やアルカリ燃料電池であってもよい。
The
なお、水素含有ガスの加熱器4への供給は燃料電池151を経由し、燃料電池151から排出されて加熱器4に供給されてもよいし、加熱器4において、燃料供給器9から水素含有ガスに燃料を追加して燃焼されてもよい。
The supply of the hydrogen-containing gas to the heater 4 may be discharged from the
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2の水素生成装置と燃料電池システムの構成は、実施の形態1と同じであり、実施の形態2の水素生成装置と燃料電池システムの構成を示すブロック図は、図1に示すものである。
(Embodiment 2)
The configuration of the hydrogen generator and fuel cell system of
実施の形態1と異なるのは、CO除去器11に吸着しているアンモニアの総量が少ない時間までは、原料供給量増加速度を減少させないところと、原料供給量増加速度を累積運転時間に基づいて設定するところと、原料供給量増加速度に応じて燃料電池151の発電電力量の増加速度を変化させるところである。
The difference from the first embodiment is that the raw material supply amount increase rate is not decreased until the time when the total amount of ammonia adsorbed to the
水素含有ガス供給開始後、運転継続時間および累積運転時間のカウントを開始する。運転継続時間をt、累積運転時間をTとし、原料供給量増加速度をVとする。 After the supply of the hydrogen-containing gas is started, the operation duration time and the cumulative operation time are started to be counted. The operation continuation time is t, the cumulative operation time is T, and the feed rate increase rate is V.
原料供給量が最大原料供給量より少ないと、CO除去器11における選択酸化反応量が少なくなり、CO除去器11の温度が低くなる。そのため、原料中の窒素と水素が反応して生成されるアンモニアが選択酸化触媒に吸着する。また、選択酸化触媒へのアンモニア吸着量の総量は、累積運転時間Tが長くなるにしたがって多くなる。
When the raw material supply amount is smaller than the maximum raw material supply amount, the selective oxidation reaction amount in the
原料供給量が最大原料供給量に到達すると、CO除去器11の選択酸化反応量が増えてCO除去器11が高温になり、吸着したアンモニアが脱離するので、運転継続時間tおよび累積運転時間Tは、原料供給量が最大原料供給量に到達したときにリセットする。最大原料供給量を3.3NLMとする。
When the raw material supply amount reaches the maximum raw material supply amount, the selective oxidation reaction amount of the
また、運転継続時間tが第1時間に到達するまでの間で制御器50から原料供給量増加指令が入った場合、起動直後でありCO除去器11の温度が低いので、アンモニアが脱離しにくく、水素含有ガス中のアンモニア濃度が高くならない。
Also, when the raw material supply amount increase command is input from the
したがって、水素含有ガス中のアンモニア濃度のピーク値が高くならないので、原料供給量増加速度Vは一定の値とする。一定の値を0.09NLM/sとする。 Therefore, since the peak value of the ammonia concentration in the hydrogen-containing gas does not increase, the feed rate increase rate V is set to a constant value. The constant value is 0.09 NLM / s.
第1時間は、累積運転時間Tによるアンモニア吸着量も考慮して設定する。第1時間をt1とする。 The first time is set in consideration of the amount of ammonia adsorbed by the cumulative operation time T. Let the first time be t1.
図3は本発明の実施の形態2の水素生成装置と燃料電池システムにおける累積運転時間から第1時間を設定することを説明するための説明図である。図3に示すように第1時間t1は累積運転時間Tが長くなるにしたがって短くする。
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the setting of the first time from the cumulative operation time in the hydrogen generator and the fuel cell system according to
累積運転時間Tが2000hであれば、第1時間t1は30hとする。累積運転時間Tが3000hとなれば、第1時間t1は25hとし、累積運転時間Tが長くなるにしたがって第1時間t1を短くする。 If the cumulative operation time T is 2000h, the first time t1 is 30h. If the cumulative operation time T is 3000h, the first time t1 is 25h, and the first time t1 is shortened as the cumulative operation time T becomes longer.
運転継続時間tが第1時間t1に到達した後で制御器50から原料供給量増加指令が入った場合、CO除去器11に吸着したアンモニアの総量が多くなっているので、原料供給量増加速度Vを累積運転時間Tが長くなるにしたがって小さくする。
When the raw material supply amount increase command is input from the
これにより、累積運転時間Tが長くなることによって蓄積されたCO除去器11へのアンモニア吸着量を考慮したうえで第1時間t1を設定できる。したがって、原料供給量増加速度Vを減少させはじめる時間を適切に設定することができる。
Thereby, the first time t1 can be set in consideration of the ammonia adsorption amount to the
図4は本発明の実施の形態2の水素生成装置と燃料電池システムにおける累積運転時間から原料供給量増加速度を設定することを説明するための説明図である。累積運転時間Tが長くなればなるほどCO除去器11に吸着するアンモニアが多くなるので、図4に示すように原料供給量増加速度Vを小さくする。
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the setting of the feed rate increase rate from the cumulative operation time in the hydrogen generator and the fuel cell system according to
制御器50から原料供給量増加の指令が入ったとき、そのときの累積運転時間Tに対応する原料供給量増加速度Vを図4から読み取る。
When a command to increase the raw material supply amount is input from the
図4に示すように、累積運転時間Tが2000hであれば原料供給量増加速度Vは0.05NLM/sとする。また、累積運転時間Tが3000hとなれば原料供給量増加速度Vは0.04NLM/sとし、累積運転時間Tが長くなるほど原料供給量増加速度Vを小
さくする。
As shown in FIG. 4, when the cumulative operation time T is 2000 h, the raw material supply amount increase rate V is set to 0.05 NLM / s. Further, if the cumulative operation time T becomes 3000 h, the raw material supply amount increase rate V is set to 0.04 NLM / s, and the raw material supply amount increase rate V decreases as the cumulative operation time T increases.
設定した原料供給量増加速度Vで原料供給量の増加を開始する。累積運転時間Tが長くなるとともに、原料供給量増加速度Vが小さくなることで、CO除去器11における選択酸化反応量の上昇が緩やかになり、CO除去器11の温度上昇が緩やかになる。したがって、CO除去器11に累積運転時間Tが長くなるほど多く吸着したアンモニアが急激に脱離することを防ぎ水素含有ガス中のアンモニア濃度のピーク値を低減することができる。
The raw material supply amount starts to increase at the set raw material supply amount increase rate V. As the cumulative operation time T becomes longer and the raw material supply rate increase rate V becomes smaller, the increase in the selective oxidation reaction amount in the
図5は、本発明の実施の形態2の水素生成装置と燃料電池システムにおける原料供給量増加速度から発電電力量増加速度を設定することを説明するための説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the setting of the generated power generation rate increase rate from the raw material supply rate increase rate in the hydrogen generator and the fuel cell system according to
図5に示すように原料供給量増加速度Vが小さくなるにしたがって、発電電力量増加速度を小さくする。発電電力量増加速度をWとする。 As shown in FIG. 5, as the raw material supply amount increase rate V decreases, the generated power amount increase rate decreases. Let W be the rate of increase in the amount of generated power.
原料供給量増加速度Vが0.05NLM/sであれば、発電電力量増加速度Wは0.10W/sとする。原料供給量増加速度Vが0.04NLM/sとなれば、発電電力量増加速度Wは0.08W/sとし、原料供給量増加速度Vが小さくなるにしたがって発電電力量増加速度Wを小さくする。 If the raw material supply amount increase rate V is 0.05 NLM / s, the generated power amount increase rate W is set to 0.10 W / s. If the raw material supply amount increase rate V becomes 0.04 NLM / s, the generated power amount increase rate W is set to 0.08 W / s, and the generated power amount increase rate W decreases as the raw material supply amount increase rate V decreases. .
以上の動作により、運転継続時間tが第1時間t1に到達する前は、起動直後でありCO除去器11の温度が低いので、アンモニアが脱離しにくく、水素含有ガス中のアンモニア濃度が高くならないため、原料供給量増加速度Vを最大値に維持でき負荷追従性を保つことができる。
By the above operation, before the operation continuation time t reaches the first time t1, the temperature of the
運転継続時間tが第1時間t1到達後は、累積運転時間Tが長くなるとともに、原料供給量増加速度Vが小さくなることで、CO除去器11における選択酸化反応量の上昇が緩やかになり、CO除去器11の温度上昇が緩やかになる。
After the operation continuation time t reaches the first time t1, the cumulative operation time T becomes longer and the feed rate increase rate V becomes smaller, so that the increase in the selective oxidation reaction amount in the
したがって、CO除去器11に累積運転時間Tが長くなるほど多く吸着したアンモニアが急激に脱離することを防ぎ、燃料電池151の発電電力量増加時の水素生成装置100より導入される水素含有ガス中のアンモニア濃度は、徐々に高くなるが、アンモニア濃度のピーク値を低減することができる。
Therefore, the amount of ammonia adsorbed to the
そのため、高濃度アンモニアによる燃料電池151の被毒を抑制することができ、発電を維持することができる信頼性の高い燃料電池システム200を提供することができる。
Therefore, it is possible to provide a highly reliable
なお、本実施の形態では、累積運転時間Tに基づいて、原料供給量増加速度Vを設定したが、累積起動回数に基づいて、原料供給量増加速度Vを設定しても、累積運転時間Tと累積起動回数は比例する関係にあるため同様の効果が得られる。 In the present embodiment, the raw material supply amount increase speed V is set based on the cumulative operation time T. However, even if the raw material supply amount increase speed V is set based on the cumulative number of activations, the cumulative operation time T Since the cumulative number of activations is proportional, the same effect can be obtained.
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3の水素生成装置と燃料電池システムの構成は実施の形態1と同じであり、実施の形態3の水素生成装置と燃料電池システムの構成を示すブロック図は図1に示すものである。
(Embodiment 3)
The configuration of the hydrogen generator and fuel cell system of
実施の形態1と異なるのは、原料供給量増加速度を運転継続時間と累積運転時間の両方基づいて設定するところである。 The difference from the first embodiment is that the raw material supply amount increase rate is set based on both the operation continuation time and the cumulative operation time.
水素含有ガス供給開始後、運転継続時間および累積運転時間のカウントを開始する。 After the supply of the hydrogen-containing gas is started, the operation duration time and the cumulative operation time are started to be counted.
運転継続時間をt、累積運転時間をTとする。 The operation duration time is t, and the cumulative operation time is T.
原料供給量が最大原料供給量より少ないと、CO除去器11における選択酸化反応量が少なくなり、CO除去器11の温度が低くなる。そのため、原料中の窒素と水素が反応して生成されるアンモニアが選択酸化触媒に吸着する。また、選択酸化触媒へのアンモニア吸着量の総量は、運転継続時間や累積運転時間が長くなるにしたがって多くなる。
When the raw material supply amount is smaller than the maximum raw material supply amount, the selective oxidation reaction amount in the
原料供給量が最大原料供給量に到達すると、CO除去器11の選択酸化反応量が増えてCO除去器11が高温になり、吸着したアンモニアが脱離するので、運転継続時間tおよび累積運転時間Tは、原料供給量が最大原料供給量に到達したときにリセットする。最大原料供給量を3.6NLMとする。
When the raw material supply amount reaches the maximum raw material supply amount, the selective oxidation reaction amount of the
原料供給量増加速度は、運転継続時間tによる寄与分と累積運転時間Tによる寄与分の和で求められる。 The feed rate increase rate is obtained as the sum of the contribution due to the operation duration time t and the contribution due to the cumulative operation time T.
原料供給量増加速度の運転継続時間による寄与分をv、累積運転時間による寄与分をVとする。 The contribution due to the operation continuation time of the raw material supply rate increase rate is v, and the contribution due to the cumulative operation time is V.
図6(a)は本発明の実施の形態3の水素生成装置と燃料電池システムにおける運転継続時間から原料供給量増加速度の寄与分を設定することを説明するための説明図である。
FIG. 6 (a) is an explanatory diagram for explaining setting of the contribution rate of the raw material supply amount increase rate from the operation continuation time in the hydrogen generator and fuel cell system of
運転継続時間tが長くなればなるほどCO除去器11に吸着するアンモニアが多くなるので、図6(a)に示すように、原料供給量増加速度の運転継続時間による寄与分vを小さくする。
As the operation duration time t becomes longer, the amount of ammonia adsorbed to the
図6(b)は本発明の実施の形態3の水素生成装置と燃料電池システムにおける累積運転時間から原料供給量増加速度の寄与分を設定することを説明するための説明図である。
FIG. 6B is an explanatory diagram for explaining setting of the contribution of the raw material supply amount increase rate from the cumulative operation time in the hydrogen generator and the fuel cell system according to
累積運転時間Tが長くなればなるほどCO除去器11に吸着するアンモニアが多くなるので、図6(b)に示すように原料供給量増加速度の累積運転時間による寄与分Vを小さくする。
As the cumulative operation time T becomes longer, more ammonia is adsorbed to the
制御器50から原料供給量増加の指令が入ったとき、そのときの運転継続時間tおよび累積運転時間Tに対応する原料供給量増加速度の運転継続時間による寄与分vと原料供給量増加速度の累積運転時間による寄与分Vを図6(a)、図6(b)からそれぞれ読み取る。
When a command for increasing the raw material supply amount is input from the
図6(a)に示すように、運転継続時間tが200hであれば原料供給量増加速度の運転継続時間による寄与分vは0.05NLM/sとする。運転継続時間tが400hであれば原料供給量増加速度の運転継続時間による寄与分vは0.03NLM/sとし、運転継続時間tが長くなるにしたがって原料供給量増加速度の運転継続時間による寄与分vを短くする。 As shown in FIG. 6A, if the operation continuation time t is 200 h, the contribution v due to the operation continuation time of the raw material supply rate increase rate is 0.05 NLM / s. If the operation duration t is 400h, the contribution v due to the operation duration time of the raw material supply rate increase rate is 0.03 NLM / s, and the contribution of the raw material supply rate increase rate due to the operation duration time as the operation duration time t increases. Shorten the minute v.
図6(b)に示すように累積運転時間Tが3000hであれば原料供給量増加速度の累積運転時間による寄与分Vは0.08NLM/sとする。累積運転時間Tが4000hであれば原料供給量増加速度の累積運転時間による寄与分Vは0.04NLM/sとし、累積運転時間Tが長くなるにしたがって、原料供給量増加速度の累積運転時間による寄与分Vを小さくする。 As shown in FIG. 6B, if the cumulative operation time T is 3000 h, the contribution V due to the cumulative operation time of the raw material supply rate increase rate is 0.08 NLM / s. If the cumulative operation time T is 4000 h, the contribution V due to the cumulative operation time of the raw material supply rate increase rate is 0.04 NLM / s, and as the cumulative operation time T becomes longer, it depends on the cumulative operation time of the raw material supply rate increase rate. The contribution V is reduced.
原料供給量増加速度は原料供給量増加速度の運転継続時間による寄与分v+原料供給量
増加速度の累積運転時間による寄与分Vで設定され運転継続時間tが200hで累積運転時間Tが3000hなら7、0.05NLM/s+0.08NLM/s=0.13NLM/sとなる。運転継続時間tが400hで累積運転時間Tが4000hなら、0.03NLM/s+0.04NLM/s=0.07NLM/sとなる。設定した速度で原料供給量の増加を開始する。
The feed rate increase rate is set by the contribution v due to the operation duration of the feed rate increase rate + the contribution V due to the cumulative run time of the feed rate increase rate, 7 if the run duration t is 200h and the cumulative run time T is 3000h. 0.05NLM / s + 0.08NLM / s = 0.13NLM / s. If the operation duration time t is 400h and the cumulative operation time T is 4000h, 0.03NLM / s + 0.04NLM / s = 0.07NLM / s. Start increasing the feed rate at the set speed.
以上の動作により、運転継続時間tや累積運転時間Tが長くなるとともに、原料供給量増加速度を小さくすることで、CO除去器11における選択酸化反応量の上昇が緩やかになり、CO除去器11の温度上昇が緩やかになる。
By the above operation, the operation continuation time t and the cumulative operation time T are lengthened, and the increase in the selective oxidation reaction amount in the
したがって、CO除去器11に運転継続時間tと累積運転時間Tが長くなるほど、多く吸着したアンモニアが急激に脱離することを防ぎ、原料供給量増加時の水素含有ガス中のアンモニア濃度は、徐々に高くなるが、アンモニア濃度のピーク値を低くすることができる。
Therefore, as the operation duration time t and the cumulative operation time T become longer in the
そのため、高濃度アンモニアによる燃料電池151の被毒を抑制することができ、発電を維持することができる信頼性の高い燃料電池システム200を提供することができる。
Therefore, it is possible to provide a highly reliable
上記の説明から、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、その構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更できる。 From the above 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. The details of the structure and / or function may be substantially changed without departing from the spirit of the invention.
本発明の水素生成装置は、原料供給量増加時の水素含有ガス中のアンモニア濃度のピーク値を低減することができるため、家庭用コージェネレーションシステムに好適である。 The hydrogen generator of the present invention can reduce the peak value of the ammonia concentration in the hydrogen-containing gas when the amount of raw material supply is increased, and thus is suitable for a household cogeneration system.
1 改質器
2 原料供給器
3 水供給器
4 加熱器
5 空気供給器
6 選択酸化用空気供給器
7 封止器
8 水素供給路
9 燃料供給器
10 燃料供給路
11 CO除去器
12 改質器温度検知器
13 封止器
14 封止器
15 リターン流路
50 制御器
100 水素生成装置
151 燃料電池
200 燃料電池システム
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記改質器により生成された水素含有ガス中の一酸化炭素を選択酸化触媒によって低減するCO除去器と、
前記改質器に前記原料を供給する原料供給器と、
制御器と、
を備え、
前記制御器は、運転を開始してからの運転継続時間が長くなるにしたがって、前記原料供給器から前記改質器に供給される原料供給量を増加させる場合における前記原料供給量の増加速度を減少させる、水素生成装置。 A reformer having a reforming catalyst for reforming a raw material containing a hydrocarbon and a nitrogen compound to generate a hydrogen-containing gas;
A CO remover for reducing carbon monoxide in the hydrogen-containing gas produced by the reformer with a selective oxidation catalyst;
A raw material supplier for supplying the raw material to the reformer;
A controller;
With
The controller increases an increase rate of the raw material supply amount when the raw material supply amount supplied from the raw material supply device to the reformer is increased as the operation continuation time from the start of operation becomes longer. Reduce hydrogen generator.
前記改質器により生成された水素含有ガス中の一酸化炭素を選択酸化触媒によって低減するCO除去器と、
前記改質器に前記原料を供給する原料供給器と、
制御器と、
を備え、
前記制御器は、運転を開始してからの累積運転時間が長くなるにしたがって、前記原料供給器から前記改質器に供給される原料供給量を増加させる場合における前記原料供給量の増加速度を減少させる、水素生成装置。 A reformer having a reforming catalyst for reforming a raw material containing a hydrocarbon and a nitrogen compound to generate a hydrogen-containing gas;
A CO remover for reducing carbon monoxide in the hydrogen-containing gas produced by the reformer with a selective oxidation catalyst;
A raw material supplier for supplying the raw material to the reformer;
A controller;
With
The controller increases an increase rate of the raw material supply amount when the raw material supply amount supplied from the raw material supply device to the reformer is increased as the cumulative operation time from the start of operation becomes longer. Reduce hydrogen generator.
前記改質器により生成された水素含有ガス中の一酸化炭素を選択酸化触媒によって低減するCO除去器と、
前記改質器に前記原料を供給する原料供給器と、
制御器と、
を備え、
前記制御器は、運転を開始してからの運転継続時間の長さ、及び、累積運転時間の長さにしたがって、前記原料供給器から前記改質器に供給される原料供給量を増加させる場合における前記原料供給量の増加速度を減少させる、水素生成装置。 A reformer having a reforming catalyst for reforming a raw material containing a hydrocarbon and a nitrogen compound to generate a hydrogen-containing gas;
A CO remover for reducing carbon monoxide in the hydrogen-containing gas produced by the reformer with a selective oxidation catalyst;
A raw material supplier for supplying the raw material to the reformer;
A controller;
With
When the controller increases the amount of raw material supplied from the raw material supplier to the reformer according to the length of operation continuation time after starting operation and the length of cumulative operation time A hydrogen generation device that reduces the rate of increase in the amount of raw material supply.
前記改質器により生成された水素含有ガス中の一酸化炭素を選択酸化触媒によって低減するCO除去器と、
前記改質器に前記原料を供給する原料供給器と、
を備えた水素生成装置の運転方法であって、
運転を開始してからの運転継続時間が長くなるにしたがって、前記原料供給器から前記改質器に供給される原料供給量を増加させる場合における前記原料供給量の増加速度を減少させる、水素生成装置の運転方法。 A reformer that reforms a raw material containing hydrocarbons to produce a hydrogen-containing gas;
A CO remover for reducing carbon monoxide in the hydrogen-containing gas produced by the reformer with a selective oxidation catalyst;
A raw material supplier for supplying the raw material to the reformer;
A method of operating a hydrogen generator comprising:
Hydrogen generation that decreases the rate of increase of the raw material supply amount when increasing the raw material supply amount supplied from the raw material supply device to the reformer as the operation duration time from the start of operation increases. How to operate the device.
前記改質器により生成された水素含有ガス中の一酸化炭素を選択酸化触媒によって低減するCO除去器と、
前記改質器に前記原料を供給する原料供給器と、
を備えた水素生成装置の運転方法であって、
運転を開始してからの累積運転時間が長くなるにしたがって、前記原料供給器から前記改質器に供給される原料供給量を増加させる場合における前記原料供給量の増加速度を減少させる、水素生成装置の運転方法。 A reformer that reforms a raw material containing hydrocarbons to produce a hydrogen-containing gas;
A CO remover for reducing carbon monoxide in the hydrogen-containing gas produced by the reformer with a selective oxidation catalyst;
A raw material supplier for supplying the raw material to the reformer;
A method of operating a hydrogen generator comprising:
Hydrogen generation that decreases the rate of increase of the raw material supply amount when the raw material supply amount supplied from the raw material supply device to the reformer is increased as the cumulative operation time from the start of operation becomes longer How to operate the device.
前記改質器により生成された水素含有ガス中の一酸化炭素を選択酸化触媒によって低減するCO除去器と、
前記改質器に前記原料を供給する原料供給器と、
を備えた水素生成装置の運転方法であって、
運転を開始してからの運転継続時間の長さ、及び、累積運転時間の長さにしたがって、前記原料供給器から前記改質器に供給される原料供給量を増加させる場合における前記原料供給量の増加速度を減少させる、水素生成装置の運転方法。 A reformer having a reforming catalyst for reforming a raw material containing a hydrocarbon and a nitrogen compound to generate a hydrogen-containing gas;
A CO remover for reducing carbon monoxide in the hydrogen-containing gas produced by the reformer with a selective oxidation catalyst;
A raw material supplier for supplying the raw material to the reformer;
A method of operating a hydrogen generator comprising:
The raw material supply amount in the case of increasing the raw material supply amount supplied from the raw material supplier to the reformer according to the length of the operation continuation time after starting operation and the length of the cumulative operation time A method of operating a hydrogen generator that reduces the rate of increase of the gas.
前記水素生成装置が、請求項9から11のいずれか1項に記載の水素生成装置の運転方法で運転される、燃料電池システムの運転方法。 An operation method of a fuel cell system comprising: a hydrogen generator; and a fuel cell that generates electricity using an oxidant gas and a hydrogen-containing gas from the hydrogen generator,
An operation method of a fuel cell system, wherein the hydrogen generation device is operated by the operation method of the hydrogen generation device according to any one of claims 9 to 11.
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