JP2017145157A - Reformer - Google Patents
Reformer Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017145157A JP2017145157A JP2016026384A JP2016026384A JP2017145157A JP 2017145157 A JP2017145157 A JP 2017145157A JP 2016026384 A JP2016026384 A JP 2016026384A JP 2016026384 A JP2016026384 A JP 2016026384A JP 2017145157 A JP2017145157 A JP 2017145157A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- reforming
- mixed gas
- fuel
- reformer
- housing
- 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
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
Description
本発明は、炭化水素系の燃料ガスを水蒸気改質する改質装置に関する。 The present invention relates to a reformer for steam reforming a hydrocarbon fuel gas.
例えば、固体酸化物形燃料電池を備えた燃料電池システムでは、燃料ガスとして炭化水素系の燃料ガス(例えば、都市ガス)が用いられ、この燃料ガスが改質装置にて水蒸気改質され、改質装置にて改質された改質ガスが燃料電池(例えば、固体酸化物形燃料電池)の燃料極側に送給される。 For example, in a fuel cell system including a solid oxide fuel cell, a hydrocarbon-based fuel gas (for example, city gas) is used as a fuel gas, and this fuel gas is steam reformed by a reformer and modified. The reformed gas reformed by the quality device is fed to the fuel electrode side of a fuel cell (for example, a solid oxide fuel cell).
この改質装置は、例えば、改質用水を気化させるための気化器と、燃料ガスを水蒸気改質するための改質器とを備え、気化器の気化ハウジングと改質器の改質ハウジングとが一体的に構成され、気化ハウジングにより規定される気化室と改質ハウジングにより規定される改質室とが、複数の貫通連通孔を有する仕切りプレートにより仕切られている(例えば、特許文献1参照)。この改質装置では、改質用水は水供給流路を通して気化器の気化室に供給され、また燃料ガスは燃料ガス供給流路を通して気化器の気化室に供給される。気化器(気化室)では、改質用水が気化されて水蒸気となり、この水蒸気と燃料ガスが混合されて混合ガスとなり、かかる混合ガスが仕切りプレートの複数の貫通連通孔を通して改質室に送給される。また、改質器(改質室)では、水蒸気を利用して燃料ガスが水蒸気改質され、水蒸気改質された改質ガスが下流側の燃料電池に送給される。 The reformer includes, for example, a vaporizer for vaporizing reforming water and a reformer for steam reforming the fuel gas, and includes a vaporization housing of the vaporizer, a reforming housing of the reformer, Are integrally formed, and the vaporization chamber defined by the vaporization housing and the reforming chamber defined by the reforming housing are partitioned by a partition plate having a plurality of through-holes (for example, see Patent Document 1). ). In this reformer, the reforming water is supplied to the vaporizer chamber of the vaporizer through the water supply channel, and the fuel gas is supplied to the vaporizer chamber of the vaporizer through the fuel gas supply channel. In the vaporizer (vaporization chamber), the reforming water is vaporized into steam, and the steam and fuel gas are mixed to form a mixed gas. The mixed gas is supplied to the reforming chamber through a plurality of through-holes in the partition plate. Is done. In the reformer (reforming chamber), the fuel gas is steam reformed using steam, and the reformed gas subjected to steam reforming is sent to the downstream fuel cell.
このような改質装置においては、改質器の改質室に水蒸気改質を促進するための改質触媒が充填されているが、この改質触媒の表面に炭素が析出すると、改質触媒が劣化して改質性能が低下する問題がある。この炭素析出を抑制するには、改質触媒の種類と改質温度ごとに水蒸気の量(S)と燃料ガスの量(C)との混合比(S/C)を緻密に制御し、炭素析出の発生しない所定範囲に保って水蒸気改質を行う必要があるが、燃料電池の発電出力が大きく変動したときなどにおいては、水蒸気と燃料ガスの混合比(S/C)が所定範囲から少し外れるおそれがある。 In such a reformer, the reforming chamber of the reformer is filled with a reforming catalyst for promoting steam reforming. When carbon is deposited on the surface of the reforming catalyst, the reforming catalyst There is a problem that the reforming performance deteriorates due to deterioration. In order to suppress this carbon deposition, the mixing ratio (S / C) of the amount of steam (S) and the amount of fuel gas (C) is precisely controlled for each type of reforming catalyst and reforming temperature, and carbon Although it is necessary to perform steam reforming while maintaining within a predetermined range where precipitation does not occur, the mixing ratio (S / C) of water vapor and fuel gas is slightly less than the predetermined range when the power generation output of the fuel cell fluctuates greatly. May come off.
このように触媒表面に炭素析出が発生すると、改質触媒が劣化するとともに、改質触媒間の空間が閉塞され、改質室の流路抵抗が増大するおそれがある。特に、この炭素析出は、改質室の流入部において発生し易く、この流入部付近で炭素析出が発生した場合、燃料ガス(混合ガス)の流入部が閉塞されるおそれが生じる。 When carbon deposition occurs on the catalyst surface in this manner, the reforming catalyst deteriorates and the space between the reforming catalysts is blocked, which may increase the flow path resistance of the reforming chamber. In particular, this carbon deposition is likely to occur at the inflow portion of the reforming chamber, and when carbon deposition occurs in the vicinity of this inflow portion, the inflow portion of the fuel gas (mixed gas) may be blocked.
本発明の目的は、改質ハウジングの流入部に炭素析出が生じたとしても混合ガスを改質室に所要の通りに送給することができる改質装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a reforming apparatus capable of feeding a mixed gas to a reforming chamber as required even when carbon deposition occurs in the inflow portion of the reforming housing.
本発明の請求項1に記載の改質装置は、改質用水を気化させるための気化器と、水蒸気を利用して燃料ガスを水蒸気改質するための改質器と、を具備する改質装置であって、
前記改質器は、改質室を規定する改質ハウジングと、前記改質ハウジングに充填された改質触媒とを備え、前記改質ハウジングは、燃料ガスと水蒸気との混合ガスが流入する複数の流入部を有しており、
前記改質ハウジングの前記複数の流入部に対応して、混合ガスを送給するための混合ガス分岐流路が並列的に設けられ、開状態の前記混合ガス分岐流路を通して混合ガスが前記改質器の前記改質室に供給されることを特徴とする。
A reformer according to claim 1 of the present invention includes a vaporizer for vaporizing reforming water and a reformer for steam reforming a fuel gas using steam. A device,
The reformer includes a reforming housing that defines a reforming chamber, and a reforming catalyst filled in the reforming housing, and the reforming housing includes a plurality of fuel gas and steam mixed gas flowing therein. Has an inflow section of
Corresponding to the plurality of inflow portions of the reforming housing, a mixed gas branch passage for feeding a mixed gas is provided in parallel, and the mixed gas passes through the opened mixed gas branch passage and the mixed gas is changed. It is supplied to the reforming chamber of a mass device.
また、本発明の請求項2に記載の改質装置では、前記改質ハウジングの前記複数の流入部に連通された複数の混合ガス分岐流路は、それらの1つが選択的に開状態となるように構成され、前記改質ハウジングの1つの流入部が閉塞状態になると、前記閉塞状態の前記流入部に接続された前記混合ガス分岐流路が閉状態になる一方、前記複数の混合ガス分岐流路のうち他の1つの混合ガス分岐流路が選択されて開状態となり、開状態の前記混合ガス分岐流路を通して混合ガスが供給されることを特徴とする。
In the reformer according to
また、本発明の請求項3に記載の改質装置では、前記改質ハウジングの前記複数の流入部に連通された複数の混合ガス分岐流路は、それの1つ又は2つ以上が開状態となるように構成され、前記改質ハウジングの1つ又は2つ以上の流入部が閉塞状態になると、前記閉塞状態の前記流入部に接続された前記混合ガス分岐流路が開状態に保たれた状態において、前記複数の混合ガス分岐流路のうち他の1つの混合ガス分岐流路が追加的に開状態となり、開状態のこれら混合ガス分岐流路を通して混合ガスが供給されることを特徴とする。 Moreover, in the reforming apparatus according to claim 3 of the present invention, one or more of the plurality of mixed gas branch passages communicated with the plurality of inflow portions of the reforming housing are in an open state. When one or more inflow portions of the reforming housing are in a closed state, the mixed gas branch passage connected to the inflow portion in the closed state is kept open. In this state, the other one of the plurality of mixed gas branch channels is additionally opened, and the mixed gas is supplied through the open mixed gas branch channels. And
また、本発明の請求項4に記載の改質装置では、前記改質室に混合ガスを供給するための前記混合ガス分岐流路は、内側に配設された内側管部材及び前記内側管部材を覆う外側管部材からなる二重管部材を含み、前記二重管部材が前記気化器を通して前記改質器の前記改質室に連通され、前記二重管部材が前記混合ガス分岐流路の一部を構成することを特徴とする。
Moreover, in the reforming apparatus according to
また、本発明の請求項5に記載の改質装置では、前記気化器は、水を気化させるための気化室を規定する気化ハウジングを備え、前記気化ハウジング及び前記改質ハウジングは一体的に構成され、前記改質ハウジングの前記複数の流入部に対応して、前記気化器の前記気化室が仕切り壁により複数の気化分室に仕切られており、前記気化分室が前記混合ガス分岐流路の一部を構成することを特徴とする。 Moreover, in the reforming apparatus according to claim 5 of the present invention, the vaporizer includes a vaporization housing that defines a vaporization chamber for vaporizing water, and the vaporization housing and the reforming housing are integrally configured. Corresponding to the plurality of inflow portions of the reforming housing, the vaporization chamber of the vaporizer is partitioned into a plurality of vaporization chambers by a partition wall, and the vaporization chamber is one of the mixed gas branch flow paths. It comprises the part.
また、本発明の請求項6に記載の改質装置では、前記改質器と前記気化器とが独立して配置され、前記改質ハウジングの前記複数の流入部と前記気化器とが分岐管部材を介して連通されており、前記分岐管部材が前記混合ガス分岐流路の一部を構成することを特徴とする。
In the reformer according to
また、本発明の請求項7に記載の改質装置では、前記改質ハウジングの前記複数の流入部に関連して、前記複数の流入部における閉塞状態を検知するための閉塞検知手段が設けられていることを特徴とする。 Further, in the reformer according to claim 7 of the present invention, a blockage detecting means for detecting a blockage state in the plurality of inflow portions is provided in association with the plurality of inflow portions of the reforming housing. It is characterized by.
更に、本発明の請求項8に記載の改質装置では、前記閉塞検知手段は、燃料ガスを供給するための燃料ポンプと、燃料ガス供給流路を通して供給される燃料ガスの流量を計測する燃料流量計と、前記燃料ポンプの能力値に基づいて閉塞状態の判定を行う閉塞判定手段とを含み、前記燃料ポンプは、前記燃料流量計による計測流量が設定供給流量よりも少ないときに前記燃料ポンプの能力値を増大させて燃料ガスの供給量を増やすように制御され、前記閉塞判定手段は、前記燃料ポンプの前記能力値が異常能力値を超えると閉塞発生と判定することを特徴とする。
Furthermore, in the reforming apparatus according to
本発明の請求項1に記載の改質装置によれば、改質用水を気化させるための気化器と、水蒸気を利用して燃料ガスを水蒸気改質するための改質器とを備え、改質器の改質ハウジングは、燃料ガスと水蒸気との混合ガスが流入する複数の流入部を有し、これら複数の流入部に対応して混合ガス分岐流路が並列的に設けられているので、改質ハウジングの流入部にて炭素析出が発生した場合に、他の混合ガス分岐流路を利用して他の流入部を通して改質ハウジング内に混合ガスを供給することができ、従って、炭素析出の影響を抑えて長期にわたって安定して改質室に混合ガスを供給することができる。 According to the reforming apparatus of the first aspect of the present invention, the reformer includes a vaporizer for vaporizing the reforming water and a reformer for steam reforming the fuel gas using steam. The reformer housing of the mass device has a plurality of inflow portions into which a mixed gas of fuel gas and water vapor flows, and a mixed gas branch passage is provided in parallel corresponding to the plurality of inflow portions. When carbon deposition occurs at the inflow portion of the reforming housing, the mixed gas can be supplied into the reforming housing through the other inflow portion using the other mixed gas branch flow path. The mixed gas can be supplied to the reforming chamber stably over a long period while suppressing the influence of precipitation.
また、本発明の請求項2に記載の改質装置によれば、改質ハウジングの複数の流入部に連通された複数の混合ガス分岐流路は、それらの1つが選択的に開状態となるように構成されているので、1つの流入部が炭素析出により閉塞状態になると、閉塞状態の流入部に接続された混合ガス分岐流路が閉状態になる一方、複数の混合ガス分岐流路のうち他の1つの混合ガス分岐流路が選択されて開状態となり、これにより、他の1つの混合ガス分岐流路を通して改質室に混合ガスを所要の通りに供給することができる。 According to the reforming apparatus of the second aspect of the present invention, one of the plurality of mixed gas branch passages communicated with the plurality of inflow portions of the reforming housing is selectively opened. Therefore, when one inflow portion is closed due to carbon deposition, the mixed gas branch flow path connected to the closed inflow portion is closed, while a plurality of mixed gas branch flow paths are One of the other mixed gas branch flow paths is selected and opened, so that the mixed gas can be supplied to the reforming chamber as required through the other mixed gas branch flow path.
また、本発明の請求項3に記載の改質装置によれば、改質ハウジングの複数の流入部に連通された複数の混合ガス分岐流路は、それの1つ又は2つ以上が開状態となるように構成されているので、改質ハウジングの1つ又は2つ以上の流入部が閉塞状態になると、閉塞状態の流入部に接続された混合ガス分岐流路が開状態に保たれた状態において、複数の混合ガス分岐流路のうち他の1つの混合ガス分岐流路が追加的に開状態となり、これにより、主として追加的に開状態となった混合ガス分岐流路を通して改質室に混合ガスを所要の通りに供給することができる。 According to the reforming apparatus of the third aspect of the present invention, one or more of the plurality of mixed gas branch passages communicated with the plurality of inflow portions of the reforming housing are in an open state. Therefore, when one or more inflow portions of the reforming housing are closed, the mixed gas branch passage connected to the closed inflow portion is kept open. In the state, the other one of the plurality of mixed gas branch channels is additionally opened, and thereby the reforming chamber mainly through the mixed gas branch channel opened additionally. The mixed gas can be supplied as required.
また、本発明の請求項4に記載の改質装置によれば、混合ガス分岐流路が内側管部材及びこの内側管部材を覆う外側管部材からなる二重管部材を含み、この二重管部材が気化器を通して改質室に連通されているので、内側管部材の内側流路を通して例えば水蒸気(気化器を通して流れることにより水蒸気となる)を、また内側管部材と外側管部材との間の環状空間を通して例えば燃料ガスを供給することによって、混合ガスを改質室に供給することができる。 Further, according to the reforming apparatus of the fourth aspect of the present invention, the mixed gas branch flow path includes the double pipe member including the inner pipe member and the outer pipe member covering the inner pipe member, and the double pipe Since the member communicates with the reforming chamber through the vaporizer, for example, water vapor (which becomes water vapor by flowing through the vaporizer) through the inner flow path of the inner tube member, and between the inner tube member and the outer tube member. For example, by supplying fuel gas through the annular space, the mixed gas can be supplied to the reforming chamber.
この場合、外側管部材の先端部が内側管部材よりも軸方向外側に突出するようにするのが望ましく、このように構成した場合、外側管部材の先端部の内側が混合空間として機能し、かかる混合空間にて、例えば内側管部材の内側空間を流れる水蒸気と、内側管部材と外側管部材との間の環状空間を流れる燃料ガスとが混合され、この混合ガスが導入部を通して改質室に供給される。 In this case, it is desirable that the distal end portion of the outer tube member protrudes outward in the axial direction from the inner tube member.In this case, the inner side of the distal end portion of the outer tube member functions as a mixing space. In such a mixing space, for example, water vapor flowing in the inner space of the inner tube member and fuel gas flowing in the annular space between the inner tube member and the outer tube member are mixed, and this mixed gas passes through the introduction portion and is reformed. To be supplied.
また、本発明の請求項5に記載の改質装置によれば、気化器の気化ハウジングと改質器の改質ハウジングとは一体的に構成され、改質ハウジングの複数の流入部に対応して、気化器の気化室が仕切り壁により複数の気化分室に仕切られているので、気化分室にて改質用水が気化されて水蒸気となり、この水蒸気と燃料ガスとが混合されて混合ガスとなり、このように生成された混合ガスが対応する流入部を通して改質室に供給される。 According to the reforming apparatus of the fifth aspect of the present invention, the vaporization housing of the vaporizer and the reforming housing of the reformer are integrally configured and correspond to a plurality of inflow portions of the reforming housing. Since the vaporization chamber of the vaporizer is partitioned into a plurality of vaporization compartments by the partition wall, the reforming water is vaporized in the vaporization compartment to become water vapor, and the water vapor and the fuel gas are mixed to become a mixed gas. The mixed gas generated in this way is supplied to the reforming chamber through the corresponding inflow portion.
また、本発明の請求項6に記載の改質装置によれば、改質器と気化器とが独立して配置され、改質ハウジングの複数の流入部と気化器とが分岐管部材を介して連通されているので、気化室にて改質用水が気化されて水蒸気となり、この水蒸気と燃料ガスとが混合されて混合ガスとなり、かく生成された混合ガスが分岐管部材を通して対応する流入部を通して改質室に供給される。 According to the reforming apparatus of the sixth aspect of the present invention, the reformer and the vaporizer are disposed independently, and the plurality of inflow portions of the reforming housing and the vaporizer are interposed via the branch pipe member. Therefore, the reforming water is vaporized in the vaporizing chamber to become water vapor, and the water vapor and the fuel gas are mixed to form a mixed gas. To the reforming chamber.
また、本発明の請求項7に記載の改質装置によれば、改質ハウジングの複数の流入部に関連して閉塞検知手段が設けられているので、この閉塞検知手段によって、改質ハウジングの流入部における閉塞状態を検知することができる。 According to the reforming apparatus of the seventh aspect of the present invention, the clogging detecting means is provided in relation to the plurality of inflow portions of the reforming housing. A closed state at the inflow portion can be detected.
更に、本発明の請求項8に記載の改質装置によれば、閉塞検知手段は、燃料ガスを供給するための燃料ポンプと、燃料ガスの流量を計測する燃料流量計と、燃料ポンプの能力値に基づいて閉塞状態の判定を行う閉塞判定手段とを含み、この燃料ポンプは、燃料流量計による計測流量が設定供給流量よりも少ないときに燃料ポンプの能力値を増大させて燃料ガスの供給量を増やすように制御されるので、燃料ポンプの能力値に基づいて改質ハウジングの流入部における閉塞発生を検知することができる。即ち、燃料ポンプの能力値と改質ハウジングの流入部における閉塞状態との間に所定の関係があり、この能力値が大きくなって異常能力値を超えると閉塞発生と判断することができる。 Furthermore, according to the reforming apparatus of the eighth aspect of the present invention, the blockage detecting means includes a fuel pump for supplying the fuel gas, a fuel flow meter for measuring the flow rate of the fuel gas, and the capability of the fuel pump. And a blockage determining means for determining a blockage state based on the value, and the fuel pump supplies the fuel gas by increasing the capacity value of the fuel pump when the flow rate measured by the fuel flow meter is smaller than the set supply flow rate. Since the amount is controlled so as to increase, it is possible to detect occurrence of blockage in the inflow portion of the reforming housing based on the capacity value of the fuel pump. That is, there is a predetermined relationship between the capacity value of the fuel pump and the closed state at the inflow portion of the reforming housing. If this capacity value increases and exceeds the abnormal capacity value, it can be determined that a blockage has occurred.
以下、本発明に従う改質装置の種々の実施形態について説明する。まず、図1を参照して、本発明に従う改質装置の第1の実施形態を備えた燃料電池システムの一例について説明する。図1において、図示の燃料電池システム2は、燃料ガス(例えば、都市ガス)を水蒸気改質するための改質装置4と、改質装置4にて改質された改質ガス及び酸化材としての空気の酸化及び還元によって発電を行うセルスタック6と、酸化材としての空気をセルスタック6に送給するための空気ブロア8とを備えている。セルスタック6は、例えば、電気化学反応によって発電を行うための複数の固体酸化物形の燃料電池セルを配列して構成されている。セルスタック6の各燃料電池セルは、酸素イオンを伝導する固体電解質10と、固体電解質10の一方側(図1において右側)に設けられた燃料極12と、固体電解質10の他側(図1において左側)に設けられた酸素極14とを備えている。
セルスタック6の燃料極12側は、改質ガス送給流路16を介して改質装置4に接続され、この改質装置4は、燃料ガス・水送給流路17を介して燃料ガス供給流路18及び水供給流路20に接続されている。燃料ガス供給流路18は、例えば、埋設管などの燃料ガス供給源(図示せず)に接続され、燃料ガス供給源からの燃料ガスは、後述するようにして燃料ガス供給流路18を通して改質装置4に供給される。この燃料ガス供給流路18には燃料ポンプ22、脱硫器24、開閉弁26及び燃料流量計28が配設されている。脱硫器24は、燃料ガスに含まれている硫黄成分を除去し、燃料ポンプ22は、燃料ガス供給流路18を通して供給される燃料ガスを昇圧し、その回転数を制御することによって、燃料ガス供給流路18を通して供給される燃料ガスの供給量が制御される。また、開閉弁26は、燃料ガス供給流路18を開閉し、燃料流量計28は、燃料ガス供給流路18を通して流れる燃料ガスの流量を計測する。
Hereinafter, various embodiments of the reformer according to the present invention will be described. First, an example of a fuel cell system provided with a first embodiment of a reformer according to the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1, the illustrated
The
水供給流路20は、例えば、純水タンクなどの改質用水供給源(図示せず)に接続され、改質用水供給源からの改質用水は、後述するようにしてこの水供給流路20を通して改質装置4に供給される。水供給流路20には水ポンプ30が配設され、この水ポンプ30は、改質用水を水供給流路20を通して供給し、その回転数を制御することによって、水供給流路20を通して供給される改質用水の供給量が制御される。
セルスタック6の空気極14側は、空気送給流路32を介して空気を予熱するための空気予熱器34に接続され、この空気予熱器34は、空気供給流路36を介して空気ブロア8に接続され、空気ブロア8の回転数を制御することによって、空気供給流路36を通して供給される空気の供給量が制御される。
セルスタック6の燃料極12側及び空気極14側の排出側には燃焼域40が設けられ、この燃焼域40にて、燃料極12側から排出された反応燃料ガス(残余燃料ガスを含む)が空気極14側から排出された空気(酸素を含む)により燃焼され、この燃焼熱を利用して改質器装置4が加熱される。この燃焼域40は排気ガス流路42を介して空気予熱器34に接続され、この空気予熱器34には排気ガス排出流路44が接続されている。
この燃料電池システム2は、内部が断熱材によって覆われた電池ハウジング46を更に備え、この電池ハウジング46は、高温に保持される高温空間48を規定し、この高温空間48内に、改質装置4、セルスタック6及び空気予熱器34が収納されている。
The
The
A
The
この燃料電池システム2の稼動運転は、例えば、次のようにして行われる。燃料ガス供給流路18からの燃料ガス及び水供給流路20からの改質用水は、後述するようにして燃料ガス・水送給流路17を通して改質装置4に供給される。改質装置4においては、後述するようにして燃料ガスが水蒸気改質され、水蒸気改質された改質ガスが改質ガス送給流路16を通してセルスタック6の燃料極12側に供給される。また、空気ブロア8からの空気は、空気供給流路36を通して空気予熱器34に供給され、この空気予熱器34において排気ガスとの間で熱交換されて加温された後に、空気送給流路32を通してセルスタック6の空気極14側に送給される。
The operation of the
セルスタック6においては、燃料極12側では改質ガスが酸化され、その空気極14側では空気中の酸素が還元され、燃料極12側の酸化及び空気極14側の還元による電気化学反応により発電が行われる。
In the
セルスタック6の燃料極12からの反応燃料ガス及び空気極14側からの空気は燃焼域40に排出され、空気中の酸素を利用して余剰の燃料ガスが燃焼される。燃焼域40からの排気ガスは、排気ガス流路42を通して空気予熱器34に送給され、この空気予熱器34において空気ブロア8からの空気との熱交換に用いられた後、排気ガス排出流路44を通して大気に排出される。
この燃料電池システム2においては、改質装置4及びそれに関連する構成は、図2及び図3に示すように構成されている。主として図2及び図3を参照して更に説明すると、図示の改質装置4は、改質用水を気化させるための気化器52と、燃料ガスを水蒸気改質するための改質器54とを備えている。気化器52は、気化空間56を規定する気化ハウジング58を備え、また改質器54は、改質室60を規定する改質ハウジング62を備え、この改質ハウジング62(改質室60)内に水蒸気改質を促進するための改質触媒64が充填されている。この形態では、気化ハウジング58と改質ハウジング62とが一端的に構成されて気化・改質ハウジング64を構成し、この気化・改質ハウジング64内に、気化空間46と改質室60を仕切るための仕切りプレート66が設けられている。
The reaction fuel gas from the
In the
この実施形態では、仕切りプレート66には、その幅方向(図2において左下から右上の方向)に間隔をおいて流入開口(図示せず)(即ち、改質ハウジング62の流入部を構成する)が3つ設けられ、各流入開口に混合ガス流路、即ち第1〜第3混合ガス流路68,70,72が接続されている。燃料ガス供給流路18の下流側は3つに分岐され、第1〜第3燃料ガス分岐流路18a,18b,18cが第1〜第3混合ガス流路68,70,72に連通されている。また、水供給流路20の下流側も3つに分岐され、第1〜第3水分岐流路20a,20b,20cが第1〜第3混合ガス流路68,70,72に連通されている。
In this embodiment, the
燃料ガス供給流路18には、第1〜第3燃料ガス分岐流路18a,18b,18cへの燃料ガスの供給を制御するための燃料ガス供給制御手段74(図4参照)が設けられ、この燃料ガス供給制御手段74は、第1〜第3燃料ガス分岐流路18a,18b,18cに配設された第1〜第3燃料開閉弁76,78,80から構成されている。第1〜第3燃料開閉弁76,78,80は、例えば電磁開閉弁から構成され、開状態のときには燃料ガスの供給を許容し、閉状態になると燃料ガスの供給を遮断する。
The fuel
また、水供給流路20には、第1〜第3水分岐流路20a,20b,20cへの改質用水の供給を制御するための水供給制御手段82(図4参照)が設けられ、この水供給制御手段82は、第1〜第3水分岐流路20a,20b,20cに配設された第1〜第3水開閉弁84,86,88から構成されている。第1〜第3水開閉弁84,86,88も、例えば電磁開閉弁から構成され、開状態のときには改質用水の供給を許容し、閉状態になると改質用水の供給を遮断する。
The
この実施形態では、改質ハウジング62の各流入開口(流入部)に接続された第1〜第3混合ガス流路68,70,72が二重管部材90から構成されている。この二重管部材90は、内側に配設された内側管部材92と、この内側管部材92を覆うように外周側に配設された外側管部材94とから構成され、内側管部材92の内側の内側空間96が、例えば第1燃料ガス分岐流路18a(又は第2燃料ガス分岐流路18b,第3燃料ガス分岐流路18c)に連通され、また内側管部材92と外側官部材94との間の環状空間98が、例えば第1水分岐流路20a(又は第2水分岐流路20b,第3水分岐流路20c)に連通され、従って、二重管部材90の内側空間96を通して改質用水(換言すると、改質に用いる水蒸気)が送給され、その環状空間98を通して燃料ガスが送給される。
In this embodiment, the first to third mixed
この実施形態では、外側管部材94の一端部(先端部)は、内側管部材92の一端(先端)よりも軸方向(図3において左方)外方に突出し、この外側管部材94の一端部の内側に円筒状空間100(後述する記載から理解される如く、混合空間として機能する)が設けられている。二重管部材90(第1〜第3混合ガス68,70,72)は、気化器52の気化空間56を通って仕切りプレート66まで延び、その外側管部材94が仕切りプレート66の対応する流入開口(流入部)に接続される。
In this embodiment, one end portion (tip portion) of the
このように構成されているので、二重管部材90(内側空間96)内を流れる改質用水は、気化空間56の熱によって気化されて水蒸気となり、また二重管部材90(環状空間98)内を流れる燃料ガスは、気化空間56の熱によって加熱され、これら水蒸気と燃料ガスとが円筒状空間100にて所要の通りに混合されて混合ガスとなり、かかる混合ガスが仕切りプレート66の流入開口(流入部)を通して改質器54(改質室60)に送給される。
With this configuration, the reforming water flowing in the double pipe member 90 (inner space 96) is vaporized by the heat of the
上述した燃料電池システム2は、例えば、図4に示す制御系により作動制御される。主として図4を参照して、この燃料電池システム2は、燃料ポンプ22などを作動制御するためのコントローラ102を備えている。例えばマイクロプロセッサなどから構成されるコントローラ102は、燃料ガス流量演算手段104、水流量演算手段106、空気流量演算手段108、能力値演算手段110、閉塞判定手段112、弁切換信号生成手段114、停止信号生成手段116、作動制御手段118及びメモリ手段120を含んでいる。燃料ガス流量演算手段104は、セルスタック6の発電出力に対応する燃料ガスの供給流量を演算し、水流量演算手段106は、セルスタック6の発電出力に対応する改質用水の供給流量を演算し、また空気流量演算手段108は、セルスタック6の発電電力に対応する空気の供給流量を演算する。メモリ手段120には、発電電力と燃料ガス、改質用水及び空気の供給流量との関係を示す発電電力−流量マップが登録されており、燃料ガス流量演算手段104、水流量演算手段106及び空気流量演算手段108は、この発電電力−流量マップを用いて燃料ガス、改質用水及び空気の供給流量を演算し、作動制御手段118は、演算した燃料ガス供給流量、水供給流量及び空気供給流量となるように燃料ポンプ22、水ポンプ30及び空気ブロア8を所要の通りに制御する。
Operation of the
また、能力値演算手段110は、燃料ポンプ22の能力値を演算し、閉塞判定手段112は、能力値演算手段110により演算した能力値に基づいて改質ハウジング62の流入開口付近(流入部)に炭素析出が生じで閉塞状態であるかを判定する。この形態では、燃料流量計28は、燃料ガス供給流路18を通して供給される燃料ガスの流量を計測し、この計測信号がコントローラ102に送給される。改質ハウジング62の流入開口付近に炭素析出が発生した場合、この流入開口付近の流路抵抗が大きくなって燃料ガスの供給流量が減少するが、このとき、作動制御手段118は、燃料ガスの供給流量を増大させて所要流量(発電電力に対応した供給流量)となるように燃料ポンプ22の回転数を上昇させるように制御し、このようにして燃料ポンプ22の回転数が上昇するとその能力値が大きくなる。
The capacity value calculating means 110 calculates the capacity value of the
この実施形態では、通常状態(換言すると、改質ハウジング62の流入開口付近に炭素析出が発生していない状態)のときには、燃料ポンプ22は、定格出力の例えば20%程度の能力値でもって運転されるように構成され、この流入開口付近の炭素析出により流路抵抗が上昇すると、この流路抵抗の上昇に伴い燃料ポンプ22の能力値も上昇する。そして、この燃料ポンプ22の能力値が異常能力値(この形態では、定格出力の例えば80%程度に設定される)まで上昇すると、改質ハウジング62の流入開口(流入部)付近が炭素析出によりほとんど閉塞された状態となる。この形態では、燃料ポンプ22の異常能力値として80%が設定され、この異常能力値がメモリ手段120に登録され、閉塞判定手段112は、この異常能力値と能力値演算手段110により演算された能力値とを比較し、この演算能力値が異常能力値以上になると閉塞発生と判定する。
In this embodiment, in a normal state (in other words, a state where carbon deposition has not occurred near the inflow opening of the reforming housing 62), the
更に、弁切換信号生成手段114は、閉塞判定手段112が後述するようにして閉塞発生と判定した(具体的には、一つ目と二つ目の流入開口付近が閉塞状態となった)ときに弁切換信号を生成し、また停止信号生成手段116は、閉塞判定手段112が後述するようにして閉塞発生と判定した(具体的には、3つ目の流入開口付近が閉塞状態となった)ときに停止信号を生成する。作動制御手段118は、燃料ポンプ22,水ポンプ30及び空気ブロア8を作動制御するとともに、燃料ガス供給制御手段74(第1〜第3燃料開閉弁76〜80)及び水供給制御手段82(第1〜第3水開閉弁84〜88)を後述するように開閉制御する。
Further, the valve switching
上述した燃料電池システム2の稼働運転は、例えば、次のように行われる。主として図4とともに図5を参照して、燃料電池システム2を稼働運転したときは、燃料ガス供給制御手段74及び水供給制御手段82は、第1混合ガス流路68を通して混合ガスを供給する第1切換状態に設定される(ステップS1)。即ち、作動制御手段118は、第1燃料開閉弁76を開状態にする(第2及び第3燃料開閉弁78,80は閉状態に保持される)とともに、第1水開閉弁84を開状態に保持する(第2及び第3水開閉弁86,88は閉状態に保持される)。
The operation operation of the
この第1切換状態においては、燃料ガス供給流路18からの燃料ガスは、第1燃料ガス分岐流路18a及び第1混合ガス流路68(具体的には、二重管部材90の環状空間98)を通して供給され、また水供給流路20からの改質用水は、第1水分岐流路20a及び第1混合ガス流路68(具体的には、二重管部材90の内側空間96)を通して供給される。従って、第1混合ガス流路68(内側空間96)を流れる改質用水は、気化空間56を通して流れることにより気化されて水蒸気となり、また第1混合ガス流路68(環状空間98)を流れる燃料ガスは、気化空間56を通して流れることにより加熱され、この水蒸気及び燃料ガスが外側管部材94の一端側の混合空間100にて混合されて改質ハウジング62の流入開口(図示せず)を通して改質器54の改質室60に供給される。このように供給されるので、第1燃料ガス分岐流路18a、第1水分岐流路20a及び第1混合ガス流路68が、混合ガスを改質器62に送給するための第1混合ガス分岐流路を構成し、かかる第1混合ガス分岐流路を通して混合ガスが改質ハウジング62の一側端側の流入部(第1流入部を構成する)から改質室60に送給される。尚、このように供給された混合ガスは、改質室60にて水蒸気を利用して水蒸気改質され、水蒸気改質された改質ガスが下流側のセルスタック6に送給される。
In this first switching state, the fuel gas from the fuel gas
そして、このように改質ガスがセルスタック6に送給されて燃料電池システム2の発電運転が上述したように行われる(ステップS2)。この発電運転中においては、能力値演算手段110は、燃料ポンプ22の出力状態から能力値を演算し(ステップS3)、閉塞判定手段112は、演算した能力値に基づいて閉塞状態が発生しているかを判定する(ステップS4)。
Then, the reformed gas is supplied to the
閉塞判定手段112は、メモリ手段120から異常能力値(例えば、80%)を読出し、能力値演算手段110により演算された燃料ポンプ22の能力値と異常能力値とを比較する。そして、この演算能力値が異常能力値以上になると、ステップS5からステップS6に進み、閉塞判定手段112は炭素析出による閉塞状態が発生しているとして閉塞発生と判定する。尚、演算能力値が異常能力値より小さいときには閉塞状態が発生しておらず、このときには、ステップS5からステップS2に戻り、第1切換状態での発電運転が継続して行われる。
The blockage determining means 112 reads an abnormal capacity value (for example, 80%) from the memory means 120 and compares the capacity value of the
改質器54の第1流入部(図示せず)が閉塞状態となってステップS7に進むと、弁切換信号生成手段114は弁切換信号を生成し、燃料ガス供給制御手段74及び水供給制御手段82は、第2混合ガス流路70を通して混合ガスを供給する第2切換状態に切り換えられる(ステップS8)。即ち、作動制御手段118は、第2燃料開閉弁78を開状態にする(第1及び第3燃料開閉弁76,80は閉状態に保持される)とともに、第2水開閉弁86を開状態に保持する(第1及び第3水開閉弁84,88は閉状態に保持される)。
When the first inflow portion (not shown) of the
この第2切換状態においては、上述した記載から容易に理解される如く、燃料ガス供給流路18からの燃料ガスは、第2燃料ガス分岐流路18b及び第2混合ガス流路70(二重管部材90の環状空間98)を通して供給され、また水供給流路20からの改質用水は、第2水分岐流路20b及び第2混合ガス流路70(二重管部材90の内側空間96)を通して供給され、このようにして気化器52の気化空間56を通して流れることにより、改質用水は気化されて水蒸気となり、この水蒸気及び燃料ガスが混合空間100にて混合された後に改質ハウジング62の流入開口(図示せず)を通して改質器54に供給される。このように供給されるので、第2燃料ガス分岐流路18b、第2水分岐流路20b及び第2混合ガス流路70が、混合ガスを改質器62に送給するための第2混合ガス分岐流路を構成し、かかる第2混合ガス分岐流路を通して混合ガスが改質ハウジング62の中央部の流入部(第2流入部を構成する)から改質室60に送給される。
In the second switching state, as can be easily understood from the above description, the fuel gas from the fuel
そして、改質器54にて水蒸気改質された改質ガスがセルスタック6に送給されて燃料電池システム2の発電運転が上述したように行われる(ステップS9)。この発電運転中においては、上述したと同様に、能力値演算手段110は、燃料ポンプ22の出力状態から能力値を演算し(ステップS10)、閉塞判定手段112は、演算した能力値に基づいて閉塞状態が発生しているかを判定する(ステップS11)。
Then, the reformed gas steam-reformed by the
そして、この演算能力値が異常能力値(例えば、80%)以上になると、ステップS12からステップS13に進み、閉塞判定手段112は炭素析出による閉塞状態が発生しているとして閉塞発生と判定する。かく閉塞発生と判定されると、弁切換信号生成手段114は弁切換信号を生成し(ステップS14)、この弁切換信号に基づいて、燃料ガス供給制御手段74及び水供給制御手段82は、第3混合ガス流路72を通して混合ガスを供給する第3切換状態に切り換えられる(ステップS15)。即ち、作動制御手段118は、第3燃料開閉弁80を開状態にする(第1及び第2燃料開閉弁76,78は閉状態に保持される)とともに、第3水開閉弁88を開状態に保持する(第1及び第2水開閉弁84,86は閉状態に保持される)。
Then, when this computing capacity value becomes equal to or greater than the abnormal capacity value (for example, 80%), the process proceeds from step S12 to step S13, and the
この第3切換状態においては、燃料ガス供給流路18からの燃料ガスは、第3燃料ガス分岐流路18c及び第3混合ガス流路70(二重管部材90の環状空間98)を通して供給され、また水供給流路20からの改質用水は、第3水分岐流路20c及び第2混合ガス流路70(二重管部材90の内側空間96)を通して供給され、このようにして気化器52の気化空間56を通して流れることにより、改質用水は気化されて水蒸気となり、この水蒸気及び燃料ガスが混合空間100にて混合された後に改質ハウジング62の流入開口(図示せず)を通して改質器54に供給される。このように供給されるので、第3燃料ガス分岐流路18c、第3水分岐流路20c及び第2混合ガス流路70が、混合ガスを改質器62に送給するための第3混合ガス分岐流路を構成し、かかる第3混合ガス分岐流路を通して混合ガスが改質ハウジング62の他側端側の流入部(第3流入部を構成する)から改質室60に送給される。
In the third switching state, the fuel gas from the fuel
そして、水蒸気改質された改質ガスがセルスタック6に送給されて燃料電池システム2の発電運転が上述したように行われる(ステップS16)。この発電運転中においては、ステップS16からステップS19が繰り返し遂行され、上述したと同様にして閉塞状態の判定が行われる。
Then, the reformed gas subjected to steam reforming is supplied to the
そして、この演算能力値が異常能力値(例えば、80%)以上になると、ステップS19からステップS20に進み、閉塞判定手段112は炭素析出による閉塞状態が発生しているとして閉塞発生と判定する。かく閉塞発生と判定されると、改質器54の全ての流入部(第1〜第3流入部)が閉塞状態となり、この場合、停止信号生成手段116が停止信号を生成し(ステップS21)、この停止信号に基づいて、作動制御手段118は燃料電池システム2を運転停止する。
Then, when the computing ability value becomes equal to or greater than the abnormal ability value (for example, 80%), the process proceeds from step S19 to step S20, and the
次いで、図6を参照して、本発明に従う改質装置の第2の実施形態について説明する。尚、以下の実施形態において、上述した第1の実施形態と実質上同一の部材には同一の参照番号を付し、その説明を省略する。 Next, a second embodiment of the reformer according to the present invention will be described with reference to FIG. In the following embodiments, members substantially the same as those in the first embodiment described above are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
図6において、この第2の実施形態の改質装置4Aは、気化器52Aと改質器54Aを備え、気化器52Aは、気化室56Aを規定する気化ハウジング58Aを備え、また改質器54Aは、改質室60Aを規定する改質ハウジング62Aを備え、気化ハウジング58A及び改質ハウジング62Aが一体的に構成されて気化・改質ハウジングを構成し、気化・改質ハウジング内に配設された仕切りプレート66A(例えば、多数の貫通孔を有するパンチングプレートから構成される)により気化室56Aと改質室60Aとに仕切られている。
In FIG. 6, the reforming
この第2の実施形態では、気化器52Aの気化室56Aにて改質用水の気化が行われ、また気化された水蒸気と燃料ガスとの混合が行われるように構成されている。このことに関連して、気化器52Aの気化室56Aが、幅方向(図6において上下方向)に間隔をおいて配設された仕切り壁132,134により3つの気化分室、即ち第1〜第3気化分室56a,56b,56cに仕切られ、仕切りプレート66Aの第1気化分室56aに位置する部位が改質ハウジング62Aの第1流入部として機能し、その第2気化分室56b(又は第3気化分室56c)に位置する部位が改質ハウジング62Aの第2流入部(又は第3流入部)として機能する。
In the second embodiment, the reforming water is vaporized in the vaporizing
この第2の実施形態でも、燃料ガス供給流路18の下流側は3つに分岐され、第1〜第3燃料ガス分岐流路18a,18b,18cが気化器52Aの対応する第1〜第3気化分室56a,56b,56cに連通されている。また、水供給流路20の下流側も3つに分岐され、第1〜第3水分岐流路20a,20b,20cが気化器52Aの対応する第1〜第3気化分室56a,56b,56cに連通されている。
Also in the second embodiment, the downstream side of the fuel
また、上述した第1の実施形態と同様に、燃料ガス供給流路18には、第1〜第3燃料ガス分岐流路18a,18b,18cへの燃料ガスの供給を制御するための燃料ガス供給制御手段74(図4参照)が設けられ、この燃料ガス供給制御手段74は、第1〜第3燃料ガス分岐流路18a,18b,18cに配設された第1〜第3燃料開閉弁76,78,80から構成されている。また、水供給流路20には、第1〜第3水分岐流路20a,20b,20cへの改質用水の供給を制御するための水供給制御手段82(図4参照)が設けられ、この水供給制御手段82は、第1〜第3水分岐流路20a,20b,20cに配設された第1〜第3水開閉弁84,86,88から構成されている。この第2の実施形態においけるその他の構成は、上述の第1の実施形態と実質上同一である。
Similarly to the first embodiment described above, the fuel
この第2の改質装置4Aにおいては、例えば、第1切換状態のときに、燃料ガス供給制御手段74の第1燃料開閉弁76が開状態に保持される(このとき、第2及び第3燃料開閉弁78,80は閉状態に保持される)とともに、水供給制御手段82の第1水開閉弁84が開状態に保持される(このとき、第2及び第3水開閉弁86,88は閉状態に保持される)。従って、燃料ガス供給流路18からの燃料ガスは、第1燃料ガス分岐流路18aを通して気化器52Aの第1気化分室56a供給され、また水供給流路20からの改質用水は、第1水分岐流路20aを通してこの第1気化分室56aに供給される。そして、この第1気化分室56aに供給された改質用水は、気化されて水蒸気となり、この第1気化分室56aにて加熱された燃料ガスと混合されて混合ガスとなり、この混合ガスが第1流入部から改質器54Aの改質室60Aに供給される。このように送給されるので、第1燃料ガス分岐流路18a、第1水分岐流路20a及び第1気化分室56aが第1混合ガス分岐流路を構成する。
In the
また、第2切換状態のときには、燃料ガス供給制御手段74の第2燃料開閉弁78及び水供給制御手段82の第2水開閉弁86が開状態に保持され、燃料ガス供給流路18からの燃料ガスは、第2燃料ガス分岐流路18bを通して気化器52Aの第2気化分室56b供給され、また水供給流路20からの改質用水は、第2水分岐流路20bを通してこの第2気化分室56bに供給され、この第2気化分室56bにて混合された混合ガスが第2流入部から改質器54Aの改質室60Aに供給され、第2燃料ガス分岐流路18b、第2水分岐流路20b及び第2気化分室56bが第2混合ガス分岐流路を構成する。
In the second switching state, the second fuel on / off
更に、第3切換状態のときには、燃料ガス供給制御手段74の第3燃料開閉弁80及び水供給制御手段82の第3水開閉弁88が開状態に保持され、燃料ガス供給流路18からの燃料ガスは、第3燃料ガス分岐流路18cを通して気化器52Aの第3気化分室56c供給され、また水供給流路20からの改質用水は、第3水分岐流路20cを通してこの第3気化分室56cに供給され、この第3気化分室56cにて混合された混合ガスが第3流入部から改質器54Aの改質室60Aに供給され、第3燃料ガス分岐流路18c、第3水分岐流路20c及び第3気化分室56cが第3混合ガス分岐流路を構成する。
Further, in the third switching state, the third fuel on / off
この第3の実施形態の改質装置4Aにおいても、相互に並列的に配設された第1〜第3混合ガス分岐流路が選択的に切り換られて改質器54Aの改質室60Aに混合ガスが供給されるので、第1の実施形態と同様の作用効果が達成される。
Also in the reforming
次に、図7を参照して、本発明に従う改質装置の第3の実施形態について説明する。この第3の実施形態では、気化器と改質器とが別個に構成され、気化器にて生成された混合ガスが改質器に送給されるように構成されている。 Next, a third embodiment of the reformer according to the present invention will be described with reference to FIG. In the third embodiment, the vaporizer and the reformer are configured separately, and the mixed gas generated in the vaporizer is supplied to the reformer.
図7において、この第3の実施形態の改質装置4Bでは、気化器52Bと改質器54Bとが別体に構成され、気化器52Bと改質器54Bとがガス送給流路142を規定する分岐管部材152を介して接続されている。改質器54Bの改質ハウジング60Bには、その幅方向に間隔をおいて3つの流入開口(図示せず)(流入部を構成する)が設けられ、このことに対応して、ガス送給流路142(分岐管部材152)の下流側は3つに分岐され、第1〜第3ガス分岐流路142a,142b,142c(第1〜第3分岐管部により規定される)が、改質ハウジング62Bの対応する流入開口(流入部)に接続されている。
In FIG. 7, in the reforming
また、ガス送給流路142には、第1〜第3ガス分岐流路142a,142b,142cへの混合ガスの供給を制御するための混合ガス供給制御弁144が設けられ、この混合ガス供給制御弁144は、第1〜第3ガス分岐流路142a,142b,142cに配設された第1〜第3開閉弁146,148,150から構成されている。この場合、燃料ガス供給流路18及び水供給流路20は気化器52Bの気化ハウジング58Bに接続される。この第3の実施形態のその他の構成は、上述した第1の実施形態と実質上同一である。
The
この第3の改質装置4Bにおいては、例えば、第1切換状態のときに、混合ガス供給制御弁144の第1開閉弁146が開状態に保持される(このとき、第2及び第3開閉弁148,150は閉状態に保持される)。燃料ガスは燃料ガス供給流路18を通して気化器52Bに供給され、また改質用水は水供給流路20を通して気化器52Bに供給される。気化器52Bでは、改質用水が気化されて水蒸気となり、この気化器52Bで加熱された燃料ガスと混合されて混合ガスとなり、この混合ガスがガス送給流路142の第1ガス分岐流路142aを通して改質器56Bに供給され、この第1ガス分岐流路142aが第1混合ガス分岐流路として機能する。
In the
また、第2切換状態のときには、混合ガス供給制御弁144の第2開閉弁148が開状態に保持される(このとき、第1及び第3開閉弁146,150は閉状態に保持される)。従って、気化器52Bからの混合ガスは、ガス送給流路142の第2ガス分岐流路142bを通して改質器56Bに供給され、この第2ガス分岐流路142bが第2混合ガス分岐流路として機能する。
In the second switching state, the second on-off
更に、第3切換状態のときには、混合ガス供給制御弁144の第3開閉弁150が開状態に保持される(このとき、第1及び第2開閉弁146,148は閉状態に保持される)。従って、気化器52Bからの混合ガスは、ガス送給流路142の第3ガス分岐流路142cを通して改質器56Bに供給され、この第3ガス分岐流路142cが第3混合ガス分岐流路として機能する。
Further, in the third switching state, the third on-off
この第3の実施形態の改質装置4Bにおいても、相互に並列的に配設された第1〜第3混合ガス分岐流路が選択的に切り換られて改質器54Bに混合ガスが供給されるので、第1の実施形態と同様の作用効果が達成される。
Also in the reforming
第1(第2)の実施形態の改質装置4(4A)では、第1〜第3混合ガス分岐流路の1つを選択的に開状態にするように制御しているが、このような制御に代えて、例えば次のように開閉制御するようにしてもよく、このような制御は、上述の第3の実施形態にも同様に適用することができる。 In the reformer 4 (4A) of the first (second) embodiment, one of the first to third mixed gas branch channels is controlled to be selectively opened. Instead of such control, for example, opening / closing control may be performed as follows, and such control can be similarly applied to the above-described third embodiment.
燃料電池システム2の制御系の変形態様を示す図8及び図9において、この制御系では、コントローラ102Cは、弁切換信号生成手段114に代えて、開放信号を生成する開放信号生成手段162を備え、このことに関連して、異常能力値として例えば50%がメモリ手段120に登録される。この変形形態の制御系のその他の構成は、上述した第1の実施形態と実質上同一である。
In FIGS. 8 and 9, which show a modification of the control system of the
この制御系による燃料電池システムの発電運転は、例えば、次のように行われる。燃料電池システム2を稼働運転したときは、燃料ガス供給制御手段74及び水供給制御手段82は、第1混合ガス流路68を通して混合ガスを供給する第1切換状態に設定される(ステップS31)。即ち、第1燃料開閉弁76が開状態に保持される(第2及び第3燃料開閉弁78,80は閉状態に保持される)とともに、第1水開閉弁84が開状態に保持され(第2及び第3水開閉弁86,88は閉状態に保持される)、燃料ガス供給流路18からの燃料ガス及び水供給流路20からの改質用水は、混合ガスとなって第1混合ガス分岐流路を通して改質器62(62A)に送給され、この改質器62(62A)にて水蒸気改質された改質ガスが下流側にセルスタック6に送給される。
The power generation operation of the fuel cell system by this control system is performed as follows, for example. When the
そして、このように改質ガスがセルスタック6に送給されて燃料電池システム2の発電運転が行われ(ステップS32)、この発電運転中においては、能力値演算手段110は、燃料ポンプ22の出力状態から能力値を演算し(ステップS33)、閉塞判定手段112は、演算した能力値に基づいて閉塞状態が発生しているかを判定する(ステップS44)。これらステップS32〜ステップS35における稼働動作は、第1の実施形態におけるステップS2〜ステップS5における稼働動作と実質上同一である。
Then, the reformed gas is supplied to the
この変形形態では、燃料ポンプ22の異常能力値として定格出力の50%が設定され、能力値演算手段110による演算能力値が異常能力値(例えば、50%)以上になると、ステップS35からステップS36に進み、閉塞判定手段112は炭素析出による閉塞状態がある程度発生しているとして閉塞発生と判定する。
In this modification, 50% of the rated output is set as the abnormal capacity value of the
このように閉塞発生と判定されると、弁開放信号生成手段162は弁開放信号を生成し、燃料ガス供給制御手段74及び水供給制御手段82は、第1混合ガス分岐流路に加えて第2混合ガス分岐流路を通して混合ガスを改質器62(62A)に供給する第2切換状態に切り換えられる(ステップS38)。即ち、第1燃料開閉弁76が開状態に保持された状態において第2燃料開閉弁78が開状態に保持される(第3燃料開閉弁80は閉状態に保持される)とともに、第1水開閉弁84が開状態に保持された状態において第2水開閉弁86が開状態に保持される(第3水開閉弁88は閉状態に保持される)。
When it is determined that a blockage has occurred in this way, the valve opening signal generating means 162 generates a valve opening signal, and the fuel gas supply control means 74 and the water supply control means 82 are added to the first mixed gas branch flow path. It is switched to the second switching state in which the mixed gas is supplied to the reformer 62 (62A) through the two mixed gas branch passages (step S38). In other words, the second fuel on / off
この第2切換状態においては、燃料ガス供給流路18からの燃料ガス及び水供給流路20からの改質用水は、混合ガスとなって第1及び第2混合ガス分岐流路を通して改質器62(62A)に供給され、このような混合ガスの供給状態でもって燃料電池システムの発電運転が行われる(ステップS39)。
In this second switching state, the fuel gas from the fuel gas
この発電運転中においては、上述したと同様に、能力値演算手段110は、燃料ポンプ22の出力状態から能力値を演算し(ステップS40)、閉塞判定手段112は、演算した能力値に基づいて閉塞状態が発生しているかを判定し(ステップS41)、この演算能力値が異常能力値(例えば、50%)以上になると、ステップS42からステップS43に進み、閉塞判定手段112は閉塞状態が発生しているとして閉塞発生と判定する。
During this power generation operation, as described above, the capacity value calculating means 110 calculates the capacity value from the output state of the fuel pump 22 (step S40), and the blockage determining means 112 is based on the calculated capacity value. It is determined whether or not a closed state has occurred (step S41), and when this computing capacity value becomes equal to or greater than an abnormal capacity value (for example, 50%), the process proceeds from step S42 to step S43, and the blocking
かく閉塞発生と判定されると、弁開放信号生成手段162は弁開放信号を生成し(ステップS44)、この弁開放信号に基づいて、燃料ガス供給制御手段74及び水供給制御手段82は、第1〜第3混合ガス分岐流路を通して混合ガスを改質器62(62A)に供給する第3切換状態に切り換えられる(ステップS45)。即ち、第1及び第2燃料開閉弁76,78が開状態に保持された状態において第3燃料開閉弁80が開状態に保持されるとともに、第1及び第2水開閉弁84,86が開状態に保持された状態において第3水開閉弁88が開状態に保持される。
When it is determined that the blockage has occurred, the valve opening
この第3切換状態においては、燃料ガス供給流路18からの燃料ガス及び水供給流路20からの改質用水は、混合ガスとなって第1〜第3混合ガス分岐流路を通して改質器62(62A)に供給され、このような供給状態において燃料電池システムの発電運転が上述したように行われる(ステップS46)。
In this third switching state, the fuel gas from the fuel gas
そして、この演算能力値が異常能力値(例えば、50%)以上になると、ステップS49からステップS50に進み、閉塞判定手段112は、改質器62(62A)の流入部の全てにおいて閉塞状態が発生しているとして閉塞発生と判定し、この判定に基づいて、停止信号生成手段116が停止信号を生成し(ステップS51)、この停止信号に基づいて、作動制御手段118は燃料電池システム2を運転停止する。尚、停止信号生成手段116が停止信号を生成するときの異常能力値については、50%に代えて、第1の実施形態と同様の80%に設定するようにしてもよい。
When this computing capacity value becomes equal to or greater than the abnormal capacity value (for example, 50%), the process proceeds from step S49 to step S50, where the blockage determining means 112 has a blockage state in all the inflow portions of the reformer 62 (62A). Based on this determination, the stop signal generation means 116 generates a stop signal (step S51). Based on this stop signal, the operation control means 118 determines that the
この変形形態の制御系による制御を採用した場合、第1混合ガス分岐流路を通しての混合ガスの送給は、燃料電池システムの稼働運転中において常時行われるので、第1燃料ガス分岐流路18aに配設される第1燃料開閉弁76と第1水分岐流路20aに配設される第1水開閉弁84とを省略することができる。
When the control by the control system of this modification is adopted, the supply of the mixed gas through the first mixed gas branch flow path is always performed during the operation operation of the fuel cell system, and therefore the first fuel gas
以上、本発明に従う改質装置の各種実施形態を燃料電池システムに適用して説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。 The various embodiments of the reformer according to the present invention have been described above applied to the fuel cell system. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Deformation or correction is possible.
例えば、上述した実施形態では、改質器に混合ガスを送給するための3つの混合ガス分岐流路を備えたものに適用して説明したが、このような構成に限定されず、2つ又は4つ以上の混合ガス分岐流路を備えたものに同様に適用することができる。 For example, in the above-described embodiment, the description has been made by applying the present invention to an apparatus including three mixed gas branch flow paths for feeding the mixed gas to the reformer. Or it can apply similarly to what was equipped with four or more mixed gas branch flow paths.
2 燃料電池システム
4,4A,4B 改質装置
18 燃料ガス供給流路
18a,18b,18c 燃料ガス分岐流路
20 水供給流路
20a,20b,20c 水分岐流路
22 燃料ポンプ
28 燃料流量計
52,52A,52B 気化器
54,54A,54B 改質器
56a,56b,56c 気化分室
58,58A,58B 気化ハウジング
62,62A,62B 改質ハウジング
68,70,72 混合ガス流路
74 燃料ガス供給制御手段
76,78,80 燃料開閉弁
82 水供給制御手段
84,86,88 水開閉弁
90 二重管部材
102,102C コントローラ
110 能力値演算手段
112 閉塞判定手段
114 切換信号生成手段
116 停止信号生成手段
118 作動制御手段
162 弁開放信号生成手段
2
Claims (8)
前記改質器は、改質室を規定する改質ハウジングと、前記改質ハウジングに充填された改質触媒とを備え、前記改質ハウジングは、燃料ガスと水蒸気との混合ガスが流入する複数の流入部を有しており、
前記改質ハウジングの前記複数の流入部に対応して、混合ガスを送給するための混合ガス分岐流路が並列的に設けられ、開状態の前記混合ガス分岐流路を通して混合ガスが前記改質器の前記改質室に供給されることを特徴とする改質装置。 A reformer comprising: a vaporizer for vaporizing reforming water; and a reformer for steam reforming fuel gas using steam;
The reformer includes a reforming housing that defines a reforming chamber, and a reforming catalyst filled in the reforming housing, and the reforming housing includes a plurality of fuel gas and steam mixed gas flowing therein. Has an inflow section of
Corresponding to the plurality of inflow portions of the reforming housing, a mixed gas branch passage for feeding a mixed gas is provided in parallel, and the mixed gas passes through the opened mixed gas branch passage and the mixed gas is changed. A reforming apparatus, wherein the reformer is supplied to the reforming chamber of a mass device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016026384A JP2017145157A (en) | 2016-02-15 | 2016-02-15 | Reformer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016026384A JP2017145157A (en) | 2016-02-15 | 2016-02-15 | Reformer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017145157A true JP2017145157A (en) | 2017-08-24 |
Family
ID=59682689
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016026384A Pending JP2017145157A (en) | 2016-02-15 | 2016-02-15 | Reformer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2017145157A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020098740A (en) * | 2018-12-19 | 2020-06-25 | 森村Sofcテクノロジー株式会社 | Fuel cell module |
JP2020131110A (en) * | 2019-02-19 | 2020-08-31 | 大阪瓦斯株式会社 | Catalyst container |
-
2016
- 2016-02-15 JP JP2016026384A patent/JP2017145157A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020098740A (en) * | 2018-12-19 | 2020-06-25 | 森村Sofcテクノロジー株式会社 | Fuel cell module |
JP2020131110A (en) * | 2019-02-19 | 2020-08-31 | 大阪瓦斯株式会社 | Catalyst container |
JP7274882B2 (en) | 2019-02-19 | 2023-05-17 | 大阪瓦斯株式会社 | catalyst vessel |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8273489B2 (en) | Hydrogen generator and fuel cell system including the same | |
JP5588689B2 (en) | Solid oxide fuel cell | |
EP2215681B1 (en) | Solid electrolyte fuel cell system | |
JP4149510B2 (en) | Hydrogen generator and fuel cell system including the same | |
JP2017145157A (en) | Reformer | |
JP2000185903A (en) | Controller of reformer | |
JP5908746B2 (en) | Fuel cell system | |
US20230022392A1 (en) | Sensor device for a fuel cell system | |
JP5985872B2 (en) | Solid oxide fuel cell system | |
JP5735312B2 (en) | Solid oxide fuel cell system | |
JP2008251385A (en) | Fuel cell system | |
JP2008004414A (en) | Fluid supply amount estimating apparatus and fuel cell system | |
WO2011055523A1 (en) | Fuel cell system | |
JP2019040762A (en) | Fuel cell system | |
JP2020064882A (en) | Fuel battery system | |
US10573906B2 (en) | Fuel cell device | |
JP2020015932A (en) | Hydrogen generation system and method for operating the same | |
JP6115310B2 (en) | Fuel cell system | |
JP6278767B2 (en) | Diagnostic method for reformer and diagnostic device for reformer | |
JP6130129B2 (en) | Fuel cell device | |
JP2014116069A (en) | Fuel cell system | |
JP5772001B2 (en) | Fuel cell device | |
JP2009026692A (en) | Fuel cell system | |
JP2018010749A (en) | Fuel cell system | |
JP2005350300A (en) | Hydrogen generator, method of stopping hydrogen generator and fuel cell power generator |