JP2020066552A - Hydrogen generation system and its operation method - Google Patents

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康章 嶋田
Yasuaki Shimada
康章 嶋田
繁 飯山
Shigeru Iiyama
繁 飯山
吉宏 豊島
Yoshihiro Toyoshima
吉宏 豊島
吉田　豊
Yutaka Yoshida
豊 吉田
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Abstract

To provide a hydrogen generation system capable of suppressing deterioration of hydrogen purity of purified hydrogen gas discharged from a cathode of an electrochemical device immediately after starting a next hydrogen purification operation.SOLUTION: A hydrogen generation system 41 comprises: a hydrogen generation device 1 which generates a hydrogen-containing gas; an electrochemical device 8 in which both main surfaces of an electrolyte membrane 5 are sandwiched between an anode 16 and a cathode 17 and which during a hydrogen purification operation supplies the hydrogen-containing gas to the anode 16 and supplies a current from the anode 16 to the cathode 17 via the electrolyte membrane 5 to generate a purified hydrogen gas with a higher hydrogen purity than the hydrogen-containing gas from the cathode 17; a power source 9 which supplies a current between the anode 16 and the cathode 17; and a controller 31. The controller 31 is configured to supply the purified hydrogen gas from the cathode 17 to the anode 16 after the completion of the hydrogen purification operation by controlling the power source 9 to supply a current to the electrochemical device 8 in the direction opposite to that during the hydrogen purification operation.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、少なくともガス供給装置と、ガス供給装置から供給される水素含有ガスから高純度の精製水素ガスを生成する電気化学デバイスと、を備える水素生成システムとその運転方法に関するものである。   The present invention relates to a hydrogen generation system including at least a gas supply device and an electrochemical device that generates high-purity purified hydrogen gas from a hydrogen-containing gas supplied from the gas supply device, and a method for operating the hydrogen generation system.

この種の水素生成システムは、水素含有ガスの供給源と、水素含有ガスの供給源から供給された水素含有ガスから電気化学反応を利用して、水素含有ガスよりも水素純度の高い精製水素ガスを生成する電気化学デバイスとを備えたシステムである。   This type of hydrogen generation system uses a hydrogen-containing gas supply source and an electrochemical reaction from the hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen-containing gas supply source to produce a purified hydrogen gas having a higher hydrogen purity than the hydrogen-containing gas. And an electrochemical device for producing.

この種の水素生成システムにおいて、水素含有ガスから水素を分離する方法として、電気化学反応を利用する電気化学デバイスが用いられている（例えば、特許文献１参照）。   In this type of hydrogen generation system, an electrochemical device utilizing an electrochemical reaction is used as a method for separating hydrogen from a hydrogen-containing gas (see, for example, Patent Document 1).

この電気化学デバイスは、例えば、水素イオンを選択的に輸送する電解質膜をアノードとカソードとの間に配置した電解質膜−電極接合体（ＭＥＡ）を、セパレータによって挟持している。   In this electrochemical device, for example, an electrolyte membrane-electrode assembly (MEA) in which an electrolyte membrane that selectively transports hydrogen ions is arranged between an anode and a cathode is sandwiched by separators.

そして、アノードに水素含有ガスを供給し、アノードとカソードの間に所定方向の電流を流すことで、アノードでは、（化１）の酸化反応が、カソードでは、（化２）の還元反応が起こる。   Then, by supplying a hydrogen-containing gas to the anode and passing a current in a predetermined direction between the anode and the cathode, an oxidation reaction of (Chemical Formula 1) occurs at the anode and a reduction reaction of (Chemical Formula 2) occurs at the cathode. .

Figure 2020066552
Figure 2020066552

Figure 2020066552
以上の反応により、アノードに供給された水素含有ガスから、水素をカソードに分離する、水素精製動作を行うことができる。
Figure 2020066552
 By the above reaction, the hydrogen purification operation of separating hydrogen into the cathode from the hydrogen-containing gas supplied to the anode can be performed.

水素生成システムに用いられる水素含有ガス供給源は、例えば、燃料処理器を有する水素生成装置が用いられ、水素含有ガスは、炭化水素系の燃料、例えば１３Ａガスや液化石油ガスなどを水蒸気改質や部分酸化改質、又はオートサーマル改質して生成される。   The hydrogen-containing gas supply source used in the hydrogen generation system is, for example, a hydrogen generator having a fuel processor, and the hydrogen-containing gas is a hydrocarbon-based fuel such as 13A gas or liquefied petroleum gas that is steam reformed. And partial oxidation reforming or autothermal reforming.

ここで生成された水素含有ガスには、二酸化炭素、メタン、窒素、一酸化炭素、水蒸気などの不純物が含まれている。   The hydrogen-containing gas generated here contains impurities such as carbon dioxide, methane, nitrogen, carbon monoxide, and water vapor.

このようにして得られた水素純度が低い水素含有ガスを電気化学デバイスに供給することで、水素生成システムは、炭化水素系の燃料より水素純度が高い精製水素ガスを製造する、水素製造動作を行う。   By supplying the hydrogen-containing gas having a low hydrogen purity thus obtained to the electrochemical device, the hydrogen generation system performs a hydrogen production operation of producing a purified hydrogen gas having a higher hydrogen purity than a hydrocarbon fuel. To do.

特表２０１６−５３０１８８号公報Japanese Patent Publication No. 2016-530188

しかしながら、従来の構成では、電気化学デバイスが、水素精製動作を行っていない間に、アノードに滞留する水素ガス混合物とカソードに滞留する精製水素ガスを構成する各成分ガスの分圧が、それぞれの成分についての電解質膜の両側の分圧の差によって電解質膜を透過する。   However, in the conventional configuration, while the electrochemical device is not performing the hydrogen refining operation, the partial pressures of the respective component gases constituting the hydrogen gas mixture staying in the anode and the purified hydrogen gas staying in the cathode are different from each other. Permeability through the electrolyte membrane due to the difference in partial pressures on both sides of the electrolyte membrane for the components.

このとき、アノードに滞留する水素ガス混合物に含まれる成分のうち、カソ―ドよりも分圧の高い二酸化炭素やメタンが電解質膜を透過し、カソードへ移動する。このため、カソードへ移動した二酸化炭素やメタンが、次回の水素精製動作開始直後に水素とともに排出され、カソードから排出される精製水素ガスの水素純度が低下するという課題を有していた。   At this time, among the components contained in the hydrogen gas mixture staying in the anode, carbon dioxide and methane having a partial pressure higher than that of the cathode permeate the electrolyte membrane and move to the cathode. For this reason, carbon dioxide and methane that have moved to the cathode are discharged together with hydrogen immediately after the start of the next hydrogen purification operation, and the hydrogen purity of the purified hydrogen gas discharged from the cathode is reduced.

本発明は、従来の課題を解決するもので、電気化学デバイスを用いて水素純度が高い精製水素ガスを生成する水素生成システムにおいて、水素純度の低下を抑制した水素生成システムとその運転方法を提供することを目的とする。   The present invention solves the conventional problems, and provides a hydrogen generation system and a method for operating the same in a hydrogen generation system that generates a purified hydrogen gas with high hydrogen purity using an electrochemical device. The purpose is to do.

従来の課題を解決するために、本発明の水素生成システムは、水素含有ガスを生成する水素生成装置と、電解質膜の両主面をアノードとカソードとで挟み、水素精製動作中に、アノードに水素含有ガスが供給されるとともに、アノードから電解質膜を経由してカソードに電流が流されることで、カソードから水素含有ガスよりも水素の純度が高い精製水素ガスを生成する電気化学デバイスと、を備えた水素生成システムであって、水素精製動作終了後に、精製水素ガスをカソードからアノードへ供給するパージ動作が行われるように構成したものである。   In order to solve the conventional problems, the hydrogen generation system of the present invention includes a hydrogen generation device that generates a hydrogen-containing gas and both main surfaces of an electrolyte membrane sandwiched between an anode and a cathode, and the hydrogen generation system is used as an anode during hydrogen purification operation. An electrochemical device that produces a purified hydrogen gas having a higher hydrogen purity than the hydrogen-containing gas from the cathode by supplying a current from the anode to the cathode through the electrolyte membrane while supplying the hydrogen-containing gas. The hydrogen generation system is provided, and is configured to perform a purging operation of supplying the purified hydrogen gas from the cathode to the anode after the hydrogen purification operation is completed.

これによって、水素製造動作終了後にアノードとカソードの水素純度を高い状態で維持することができるので、水素製造動作終了後の待機状態において、アノードからカソードへ不純物が透過して移動することを防ぎ、カソードから排出される精製水素ガスの水素純度の低下を抑制することができる。   As a result, the hydrogen purity of the anode and the cathode can be maintained in a high state after the hydrogen production operation is completed, so that in the standby state after the hydrogen production operation is completed, impurities are prevented from permeating and moving from the anode to the cathode, It is possible to suppress a decrease in hydrogen purity of the purified hydrogen gas discharged from the cathode.

本発明の水素生成システムは、水素製造動作終了後にアノードとカソードの水素純度を高い状態で維持することができるので、アノードからカソードへの水素純度の低いガスの拡散が起こらず、待機状態において、カソードから排出される精製水素ガスの水素純度の低下を抑制することができ、信頼性の高い水素生成システムを提供することができる。   Since the hydrogen generation system of the present invention can maintain the hydrogen purity of the anode and the cathode in a high state after the end of the hydrogen production operation, diffusion of a gas having a low hydrogen purity from the anode to the cathode does not occur, and in the standby state, The hydrogen purity of the purified hydrogen gas discharged from the cathode can be suppressed from decreasing, and a highly reliable hydrogen generation system can be provided.

本発明の実施の形態１における水素生成システムの概略構成を示すブロック図Block diagram showing a schematic configuration of a hydrogen generation system according to Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態１における水素生成システムのパージ動作を示すフローチャートFlowchart showing the purging operation of the hydrogen generation system in Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態２における水素生成システムの概略構成を示すブロック図Block diagram showing a schematic configuration of a hydrogen generation system in Embodiment 2 of the present invention 本発明の実施の形態２における水素生成システムのパージ動作を示すフローチャートFlowchart showing the purging operation of the hydrogen generation system according to Embodiment 2 of the present invention

第１の発明は、水素含有ガスを生成する水素生成装置と、電解質膜の両主面をアノード
とカソードとで挟み、水素精製動作中にアノードに水素含有ガスが供給されるとともに、アノードから電解質膜を経由してカソードに電流が流されることで、カソードから水素含有ガスよりも水素の純度が高い精製水素ガスを生成する電気化学デバイスと、を備えた水素生成システムであって、水素精製動作終了後に、精製水素ガスをカソードからアノードへ供給するパージ動作が行われるように構成したことを特徴とするものである。 A first aspect of the present invention includes a hydrogen generator that generates a hydrogen-containing gas and both main surfaces of an electrolyte membrane sandwiched between an anode and a cathode, and the hydrogen-containing gas is supplied to the anode during a hydrogen refining operation, and at the same time, the electrolyte is discharged from the anode. A hydrogen production system comprising: an electrochemical device that produces purified hydrogen gas having a higher purity than hydrogen-containing gas from the cathode when an electric current is passed through the membrane to the cathode. After the completion, the purge operation of supplying the purified hydrogen gas from the cathode to the anode is performed.

これによって、水素製造動作終了後にアノードとカソードの水素純度を高い状態で維持することができるので、水素製造動作終了後の待機状態において、アノードからカソードへ不純物が透過して移動することを防ぎ、カソードから排出される精製水素ガスの水素純度の低下を抑制することができる。   As a result, the hydrogen purity of the anode and the cathode can be maintained in a high state after the hydrogen production operation is completed, so that in the standby state after the hydrogen production operation is completed, impurities are prevented from permeating and moving from the anode to the cathode, It is possible to suppress a decrease in hydrogen purity of the purified hydrogen gas discharged from the cathode.

第２の発明は、特に第１の発明の水素生成システムの構成に加えて、アノードとカソードとの間に前記電流を流す電源と、制御器と、を備え、前記制御器が、水素精製動作終了後に、電源を制御して、電気化学デバイスに水素精製動作中と逆向きの電流を流すことにより、パージ動作を行うことを特徴とするものである。   According to a second aspect of the invention, in particular, in addition to the configuration of the hydrogen generation system of the first aspect of the invention, a power source for flowing the current between an anode and a cathode and a controller are provided, and the controller is a hydrogen purification operation. After completion, the power supply is controlled so that a purging operation is performed by supplying a current in the electrochemical device in the opposite direction to that during the hydrogen purification operation.

これによって、簡素な構成により、精製水素ガスをカソードからアノードへ供給するパージ動作を行うことができ、水素生成システムの大型化を防ぐことができる。   As a result, the purging operation of supplying the purified hydrogen gas from the cathode to the anode can be performed with a simple configuration, and the hydrogen generation system can be prevented from increasing in size.

第３の発明は、特に第１の発明の水素生成システムの構成に加えて、アノードとカソードとを連通するバイパス流路と、バイパス流路上に配設されバイパス流路を開閉するバイパス流路開閉弁と、制御器と、を備え、制御器が、水素精製動作中には、バイパス流路弁を閉じており、水素精製動作終了後に、バイパス流路弁を開け、バイパス流路を介して、パージ動作を行うことを特徴とするものである。   In addition to the configuration of the hydrogen generation system of the first invention, a third invention is, in particular, a bypass flow passage that connects the anode and the cathode, and a bypass flow passage opening / closing arranged on the bypass flow passage to open / close the bypass flow passage. A valve and a controller are provided, and the controller closes the bypass flow passage valve during the hydrogen purification operation, opens the bypass flow passage valve after completion of the hydrogen purification operation, and through the bypass flow passage, It is characterized by performing a purging operation.

これによって、電気化学デバイスに電流を流さずに精製水素ガスをカソードからアノードへ供給するパージ動作を行うことができ、水素生成システムのパージ動作による消費電力増加を抑制することができる。   As a result, the purging operation of supplying the purified hydrogen gas from the cathode to the anode can be performed without applying a current to the electrochemical device, and an increase in power consumption due to the purging operation of the hydrogen generation system can be suppressed.

第４の発明は、水素含有ガスを生成する水素生成装置と、電解質膜の両主面をアノードとカソードとで挟み、水素精製動作中にアノードに水素含有ガスが供給されるとともに、アノードから電解質膜を経由してカソードに電流が流されることで、カソードから水素含有ガスよりも水素の純度が高い精製水素ガスを生成する電気化学デバイスと、を備えた水素生成システムの運転方法であって、水素精製動作終了後に、精製水素ガスをカソードからアノードへ供給するパージ動作を行うことを特徴とするものである。   A fourth invention is that a hydrogen generator for generating a hydrogen-containing gas and both main surfaces of an electrolyte membrane are sandwiched between an anode and a cathode, the hydrogen-containing gas is supplied to the anode during a hydrogen purification operation, and the electrolyte is also supplied from the anode. A method for operating a hydrogen generation system, comprising: an electrochemical device that generates a purified hydrogen gas having a higher hydrogen purity than a hydrogen-containing gas from the cathode when an electric current is passed through the membrane to the cathode. After the hydrogen refining operation is completed, a purging operation of supplying the purified hydrogen gas from the cathode to the anode is performed.

これによって、水素製造動作終了後にアノードとカソードの水素純度を高い状態で維持することができるので、水素製造動作終了後の待機状態において、アノードからカソードへ不純物が透過して移動することを防ぎ、カソードから排出される精製水素ガスの水素純度の低下を抑制することができる。   As a result, the hydrogen purity of the anode and the cathode can be maintained in a high state after the hydrogen production operation is completed, so that in the standby state after the hydrogen production operation is completed, impurities are prevented from permeating and moving from the anode to the cathode, It is possible to suppress a decrease in hydrogen purity of the purified hydrogen gas discharged from the cathode.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments.

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における水素生成システムの概略構成を示すブロック図である。 (Embodiment 1)
1 is a block diagram showing a schematic configuration of a hydrogen generation system according to Embodiment 1 of the present invention.

図１に示すように本実施の形態の水素生成システム４１は、水素生成装置１と、原料供給器２と、燃焼器３と、水素生成装置温度検出器４と、電解質膜５と、アノード１６と、
カソード１７と、電気化学デバイス８と、電源９と、水素含有ガス供給流路１０と、アノードオフガス流路１１と、精製水素ガス流路１２と、精製水素ガス流路開閉弁１３と、制御器３１とを備えている。 As shown in FIG. 1, the hydrogen generation system 41 of the present embodiment includes a hydrogen generation device 1, a raw material supply device 2, a combustor 3, a hydrogen generation device temperature detector 4, an electrolyte membrane 5, and an anode 16. When,
Cathode 17, electrochemical device 8, power supply 9, hydrogen-containing gas supply channel 10, anode off-gas channel 11, purified hydrogen gas channel 12, purified hydrogen gas channel opening / closing valve 13, and controller 31 and 31 are provided.

水素生成装置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、本実施の形態では、メタンを主成分とする都市ガスを用いた。本実施の形態の改質反応は、都市ガスと水蒸気を反応させる水蒸気改質反応を用いた。水素生成装置１の内部には改質触媒（図示せず）が搭載さている。   The hydrogen generator 1 uses a raw material and steam to generate a hydrogen-containing gas by a reforming reaction. In the present embodiment, the raw material is city gas containing methane as a main component. The reforming reaction of the present embodiment uses a steam reforming reaction in which city gas and steam are reacted. A reforming catalyst (not shown) is mounted inside the hydrogen generator 1.

原料供給器２は、都市ガスを水素生成装置１に供給するポンプである。   The raw material supply device 2 is a pump that supplies city gas to the hydrogen generator 1.

燃焼器３は、燃料と空気を混合して燃焼させることで、水素生成装置１を加熱する。また、燃焼器３の燃料には、電気化学デバイス８より排出される都市ガスと水素含有ガスとの少なくともいずれか１つが用いられる。   The combustor 3 heats the hydrogen generator 1 by mixing and burning fuel and air. As the fuel of the combustor 3, at least one of city gas and hydrogen-containing gas discharged from the electrochemical device 8 is used.

水素生成装置温度検出器４は、水素生成装置１に搭載されている改質触媒の温度を検出する熱電対である。   The hydrogen generator temperature detector 4 is a thermocouple that detects the temperature of the reforming catalyst mounted on the hydrogen generator 1.

電解質膜５は、水素イオンを選択的に輸送する高分子膜である。   The electrolyte membrane 5 is a polymer membrane that selectively transports hydrogen ions.

アノード１６は、白金を担持したカーボン触媒をカーボン製フェルト上に塗布した電極と、電極に水素含有ガスを供給する流路とで構成される。   The anode 16 is composed of an electrode in which a carbon catalyst supporting platinum is coated on a carbon felt, and a flow path for supplying a hydrogen-containing gas to the electrode.

カソード１７は、白金を担持したカーボン触媒をカーボン製フェルト上に塗布した電極と、電極から精製水素ガスを排出する流路とで構成される。   The cathode 17 is composed of an electrode in which a carbon catalyst supporting platinum is coated on a carbon felt, and a flow path for discharging purified hydrogen gas from the electrode.

電気化学デバイス８は、電解質膜５の一方の主面にアノード１６、電解質膜５の他方の主面にカソード１７が、それぞれ設けられた構成になっている。   The electrochemical device 8 is configured such that an anode 16 is provided on one main surface of the electrolyte membrane 5 and a cathode 17 is provided on the other main surface of the electrolyte membrane 5.

電源９は、電気化学デバイス８のアノード１６とカソード１７との間に電流を流す。   The power supply 9 passes an electric current between the anode 16 and the cathode 17 of the electrochemical device 8.

水素含有ガス供給流路１０は、水素生成装置１から排出される水素含有ガスをアノード１６に供給する流路である。   The hydrogen-containing gas supply passage 10 is a passage for supplying the hydrogen-containing gas discharged from the hydrogen generator 1 to the anode 16.

アノードオフガス流路１１は、アノード１６から排出される水素含有ガスを、燃焼器３に供給する流路である。   The anode off-gas channel 11 is a channel that supplies the hydrogen-containing gas discharged from the anode 16 to the combustor 3.

精製水素ガス流路１２は、カソード１７から排出される精製水素ガスを、水素利用機器５１に供給する流路である。   The purified hydrogen gas passage 12 is a passage for supplying the purified hydrogen gas discharged from the cathode 17 to the hydrogen utilization equipment 51.

精製水素ガス流路開閉弁１３は、精製水素ガス流路１２上に設けられて精製水素ガス流路１２を開閉する電磁弁である。   The purified hydrogen gas passage opening / closing valve 13 is an electromagnetic valve that is provided on the purified hydrogen gas passage 12 to open / close the purified hydrogen gas passage 12.

制御器３１は、水素生成システム４１の運転を制御する。制御器３１は、信号入出力部（図示せず）と、演算処理部（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）とを備える。   The controller 31 controls the operation of the hydrogen generation system 41. The controller 31 includes a signal input / output unit (not shown), an arithmetic processing unit (not shown), and a storage unit (not shown) that stores a control program.

水素利用機器５１は、水素生成システム４１から供給される精製水素ガスを貯留するタンクである。   The hydrogen utilization device 51 is a tank that stores the purified hydrogen gas supplied from the hydrogen generation system 41.

なお、図示していないが、水素生成装置１には、水または水蒸気が供給され、燃焼器３には、燃焼用の空気が供給される。   Although not shown, water or steam is supplied to the hydrogen generator 1, and combustion air is supplied to the combustor 3.

以上のように構成された、本実施の形態の水素生成システム４１について、以下その動作、作用を説明する。以下の動作は、制御器３１が水素生成システム４１の、原料供給器２、電源９、及び精製水素ガス流路開閉弁１３を制御することによって行われる。   The operation and action of the hydrogen generation system 41 of the present embodiment configured as described above will be described below. The following operation is performed by the controller 31 controlling the raw material supply device 2, the power source 9, and the purified hydrogen gas passage opening / closing valve 13 of the hydrogen generation system 41.

初めに、待機状態の水素生成システム４１の起動動作から水素製造動作に至るまでの動作について説明する。   First, the operation from the startup operation of the hydrogen generation system 41 in the standby state to the hydrogen production operation will be described.

待機状態のとき、原料供給器２と、電源９は、いずれも動作していない。また、精製水素ガス流路開閉弁１３は、閉状態である。   In the standby state, neither the raw material supply device 2 nor the power source 9 is operating. Further, the purified hydrogen gas passage opening / closing valve 13 is in a closed state.

外部から制御器３１に起動動作開始の指令が入ると、制御器３１は、原料供給器２に起動の指示を送信する。   When an instruction to start the activation operation is input to the controller 31 from the outside, the controller 31 sends an instruction to activate the raw material supplier 2.

都市ガスは、原料供給器２が動作すると、水素生成装置１に供給されて水素生成装置１から排出された後、水素含有ガス供給流路１０と、アノード１６と、アノードオフガス流路１１を通流し、燃焼器３に供給されて燃焼し、水素生成装置１を所定の温度になるまで加熱昇温する。   When the raw material supplier 2 operates, the city gas is supplied to the hydrogen generator 1 and discharged from the hydrogen generator 1, and then passes through the hydrogen-containing gas supply passage 10, the anode 16, and the anode off-gas passage 11. The hydrogen generator 1 is caused to flow, is supplied to the combustor 3 and burns, and the hydrogen generator 1 is heated and heated to a predetermined temperature.

水素生成装置１の所定の温度とは、改質反応によって都市ガスから電気化学デバイス８での水素製造動作に必要な水素純度の水素含有ガスが生成する温度であり、本実施の形態では６００℃とした。水素生成装置１が６００℃に達した時点で起動動作は完了して、水素製造動作に移行する。   The predetermined temperature of the hydrogen generator 1 is a temperature at which a hydrogen-containing gas having a hydrogen purity necessary for hydrogen production operation in the electrochemical device 8 is generated from city gas by a reforming reaction, and is 600 ° C. in the present embodiment. And When the hydrogen generator 1 reaches 600 ° C., the startup operation is completed and the hydrogen production operation is started.

水素製造動作とは、水素利用機器５１で要求される所定の水素純度以上の精製水素ガスを、電気化学デバイス８で水素含有ガスから精製し、安定的に継続して供給する動作である。このとき、水素生成装置１に、水または水蒸気が供給され、都市ガス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。   The hydrogen production operation is an operation of purifying the purified hydrogen gas having a predetermined hydrogen purity or higher required by the hydrogen utilization equipment 51 from the hydrogen-containing gas by the electrochemical device 8 and stably and continuously supplying the purified hydrogen gas. At this time, water or steam is supplied to the hydrogen generator 1, and the hydrogen-containing gas is generated by the reforming reaction using the city gas and steam.

ここで、所定の純度とはＩＳＯ１４６８７−２で規定されている９９．９７％である。水素生成装置１から供給される水素含有ガスの水素純度は７５％であり、これを電気化学デバイス８により精製し、水素純度を９９．９７％以上とする。   Here, the predetermined purity is 99.97% specified by ISO14687-2. The hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen generator 1 has a hydrogen purity of 75% and is purified by the electrochemical device 8 to have a hydrogen purity of 99.97% or more.

本実施の形態においては、精製水素ガスの水素純度を９９．９９％とした。制御器３１は、電気化学デバイス８で精製される水素量が、水素利用機器５１が必要とする量に足るよう、原料供給器２と、電源９を操作し、精製水素ガス流路開閉弁１３を開状態とする。   In the present embodiment, the hydrogen purity of the purified hydrogen gas is set to 99.99%. The controller 31 operates the raw material supply device 2 and the power source 9 so that the amount of hydrogen purified by the electrochemical device 8 is sufficient for the hydrogen utilization equipment 51, and the purified hydrogen gas passage opening / closing valve 13 is operated. To open.

具体的には、制御器３１は、水素利用機器５１に供給する精製水素ガス流量に応じた電流値を算出し、電源９に電流値を指示する。   Specifically, the controller 31 calculates a current value according to the flow rate of the purified hydrogen gas supplied to the hydrogen utilizing device 51, and instructs the power source 9 on the current value.

このとき電源９の動作により、アノード１６から電解質膜５を経由してカソード１７に直流電流が流れている。同時に、制御器３１は、水素生成装置温度検出器４の温度を監視しながら、原料供給器２の流量を制御する。原料供給器２と電源９は、外部から制御器３１に水素製造動作停止の指令が入るまで、水素製造動作を保持する。   At this time, due to the operation of the power supply 9, a direct current is flowing from the anode 16 to the cathode 17 via the electrolyte membrane 5. At the same time, the controller 31 controls the flow rate of the raw material supplier 2 while monitoring the temperature of the hydrogen generator temperature detector 4. The raw material supplier 2 and the power source 9 hold the hydrogen production operation until the controller 31 receives an instruction to stop the hydrogen production operation from the outside.

外部から制御器３１に水素製造動作停止の指令が入ったとき、制御器３１は原料供給器２と電源９を停止し、精製水素ガス流路開閉弁１３を閉状態にする。   When an instruction to stop the hydrogen production operation is input to the controller 31 from the outside, the controller 31 stops the raw material supply device 2 and the power source 9 and closes the refined hydrogen gas passage opening / closing valve 13.

このとき、水素生成システム４１のアノード１６は、水素純度が７５％の水素含有ガスが滞留している。また、カソード１７には、水素純度が９９．９９％の精製水素ガスが滞留している。   At this time, the hydrogen-containing gas having a hydrogen purity of 75% is retained in the anode 16 of the hydrogen generation system 41. Further, purified hydrogen gas having a hydrogen purity of 99.99% is retained in the cathode 17.

また、水素含有ガスと精製水素ガスとは、電解質膜５により隔離されているが、それぞれの成分の分圧の差により電解質膜５を透過するため、時間の経過とともに双方の組成が等しくなるように変化する。   Further, the hydrogen-containing gas and the purified hydrogen gas are separated by the electrolyte membrane 5, but since the hydrogen-containing gas and the purified hydrogen gas pass through the electrolyte membrane 5 due to the difference in the partial pressures of the respective components, both compositions become equal over time. Changes to.

アノード１６の体積は０．２５Ｌ、カソード１７の体積は０．２５Ｌ、したがって、十分に時間が経過したとき、アノード１６、カソード１７、における水素純度は、（数１）に示す式で算出され、約８７％となる。   The volume of the anode 16 is 0.25 L and the volume of the cathode 17 is 0.25 L. Therefore, when a sufficient time has elapsed, the hydrogen purity in the anode 16 and the cathode 17 is calculated by the formula shown in (Equation 1), It becomes about 87%.

Figure 2020066552
そのため、次回の水素精製動作開始直後に、カソード１７から排出される精製水素ガスの水素純度は約８７％となり、９９．９７％を下回ってしまう。
Figure 2020066552
 Therefore, immediately after the start of the next hydrogen purification operation, the hydrogen purity of the purified hydrogen gas discharged from the cathode 17 is about 87%, which is less than 99.97%.

精製水素ガスの水素純度が９９．９７％以下となることを抑制するため、本実施の形態においては、水素製造動作停止の指令が入ったとき、制御器３１は、原料供給器２と電源９を停止し、精製水素ガス流路開閉弁１３を閉状態とした後に、パージ動作を行う。   In order to suppress the hydrogen purity of the purified hydrogen gas from becoming 99.97% or less, in the present embodiment, when a command to stop the hydrogen production operation is input, the controller 31 causes the raw material supply device 2 and the power supply 9 to operate. Is stopped and the purified hydrogen gas passage opening / closing valve 13 is closed, and then a purging operation is performed.

パージ動作とは、水素製造動作停止後に、電源９により、水素製造動作中とは逆方向に電流を流し、カソード１７からアノード１６へ精製水素ガスを供給する動作である。   The purging operation is an operation of supplying a purified hydrogen gas from the cathode 17 to the anode 16 by supplying a current in the opposite direction to that during the hydrogen production operation by the power supply 9 after the hydrogen production operation is stopped.

図２は、本発明の実施の形態１における水素生成システムのパージ動作を示すフローチャートである。   FIG. 2 is a flowchart showing a purging operation of the hydrogen generation system according to the first embodiment of the present invention.

外部から制御器３１に水素製造動作停止の指令が入ると、制御器３１は原料供給器２および電源９の動作を停止し、精製水素ガス流路開閉弁１３を閉状態とする（Ｓ１０１）。   When a command to stop the hydrogen production operation is input to the controller 31 from the outside, the controller 31 stops the operations of the raw material supply device 2 and the power source 9 and closes the purified hydrogen gas passage opening / closing valve 13 (S101).

次に、電源９によりカソード１７から電解質膜５を経由してアノード１６へ電流を流す（Ｓ１０２）。カソード１７から電解質膜５を経由してアノード１６へ電流が流れると、精製水素ガスがカソード１７からアノード１６へ供給されアノード１６に滞留する水素含有ガスがパージされ、アノード１６に滞留する水素含有ガスの水素純度が上昇する。   Next, the power source 9 causes a current to flow from the cathode 17 to the anode 16 via the electrolyte membrane 5 (S102). When an electric current flows from the cathode 17 to the anode 16 via the electrolyte membrane 5, the purified hydrogen gas is supplied from the cathode 17 to the anode 16 to purge the hydrogen-containing gas staying in the anode 16 and the hydrogen-containing gas staying in the anode 16 Hydrogen purity increases.

次に、原料供給器２の動作停止から第１時間経過したかを判定し（Ｓ１０３）、第１時間経過していない場合はＳ１０３の判定を繰り返し実行する。一方で、第１時間経過した場合は、Ｓ１０４に移行する。   Next, it is determined whether or not the first time has passed since the operation of the raw material feeder 2 was stopped (S103), and if the first time has not passed, the determination of S103 is repeatedly executed. On the other hand, if the first time has elapsed, the process proceeds to S104.

第１時間はアノード１６からアノードオフガス流路１１に残留する水素純度の低い水素含有ガスを排出するために必要なパージガス供給時間であり、本実施の形態では、アノード１６に滞留する水素含有ガスの水素純度が９９．９９％に到達する時間として実験的に取得し、１０分とした。   The first time is a purge gas supply time necessary for discharging the hydrogen-containing gas having a low hydrogen purity remaining in the anode off-gas flow passage 11 from the anode 16, and in the present embodiment, the hydrogen-containing gas remaining in the anode 16 is not supplied. The time required for the hydrogen purity to reach 99.99% was experimentally acquired and set to 10 minutes.

次に、電源９を停止し（Ｓ１０４）、パージ動作を終了する。このとき、アノード１６に滞留する水素含有ガス、およびカソード１７に滞留する精製水素ガスの水素純度はともに９９．９９％となり成分はほぼ等しくなる。このため、水素および不純物の電解質膜５
の透過は抑制され、カソード１７に滞留する精製水素ガスの水素純度は９９．９９％に維持される。 Next, the power supply 9 is stopped (S104), and the purging operation ends. At this time, the hydrogen purity of the hydrogen-containing gas staying in the anode 16 and the purified hydrogen gas staying in the cathode 17 are both 99.99%, and the components are almost equal. Therefore, the electrolyte membrane 5 of hydrogen and impurities
Of the purified hydrogen gas retained in the cathode 17 is maintained at 99.99%.

これによって、次回の水素精製動作開始直後にカソード１７から排出される精製水素ガスの水素純度は９９．９９％となり、水素純度の低下を抑制できる。パージ動作終了後、水素生成システム４１は待機状態へ移行する。   As a result, the hydrogen purity of the purified hydrogen gas discharged from the cathode 17 immediately after the start of the next hydrogen purification operation becomes 99.99%, and the reduction in hydrogen purity can be suppressed. After the purging operation is completed, the hydrogen generation system 41 shifts to the standby state.

以上のように、本実施の形態の水素生成システム４１は、都市ガスから水素含有ガスを生成する水素生成装置１と、都市ガスを水素生成装置１に供給する原料供給器２と、電解質膜５の両主面をアノード１６とカソード１７とで挟み、水素精製動作中にアノード１６に水素含有ガスが供給されるとともに、アノード１６から電解質膜５を経由してカソード１７に電流が流されることで、カソード１７から水素含有ガスよりも水素の純度が高い精製水素ガスを生成する電気化学デバイス８と、水素生成装置１から排出される水素含有ガスをアノード１６に供給する水素含有ガス供給流路１０と、アノード１６から排出される水素含有ガスを燃焼器３に供給するアノードオフガス流路１１と、アノードオフガス流路１１から供給される燃料と空気を混合して燃焼させることで水素生成装置１を加熱する燃焼器３と、水素生成装置１に搭載されている改質触媒の温度を検出する水素生成装置温度検出器４と、カソード１７から排出される精製水素ガスを水素利用機器５１に供給する精製水素ガス流路１２と、精製水素ガス流路１２上に設けられて精製水素ガス流路１２を開閉する精製水素ガス流路開閉弁１３と、アノード１６とカソード１７との間に電流を流す電源９と、制御器３１と、を備え、制御器３１に水素製造動作停止の指令が入ると、制御器３１が、原料供給器２の都市ガス供給動作と電源９によるアノード１６から電解質膜５を経由してカソード１７流れる直流電流を停止し、精製水素ガス流路開閉弁１３を閉状態とした後に、電源９を制御してカソード１７から電解質膜５を経由してアノード１６に水素精製動作中と逆向きの直流電流を流して、水素純度の高い精製水素ガスをカソード１７からアノード１６へ供給する。   As described above, the hydrogen generation system 41 according to the present embodiment includes the hydrogen generator 1 that generates the hydrogen-containing gas from the city gas, the raw material supplier 2 that supplies the city gas to the hydrogen generator 1, and the electrolyte membrane 5. By sandwiching both main surfaces of the anode 16 and the cathode 17 and supplying a hydrogen-containing gas to the anode 16 during the hydrogen refining operation, a current flows from the anode 16 to the cathode 17 via the electrolyte membrane 5. An electrochemical device 8 for producing a purified hydrogen gas having a higher purity of hydrogen than the hydrogen-containing gas from the cathode 17, and a hydrogen-containing gas supply passage 10 for supplying the hydrogen-containing gas discharged from the hydrogen generator 1 to the anode 16. An anode off-gas channel 11 for supplying the hydrogen-containing gas discharged from the anode 16 to the combustor 3, and fuel and air supplied from the anode off-gas channel 11. The combustor 3 that heats the hydrogen generator 1 by mixing and combusting it, the hydrogen generator temperature detector 4 that detects the temperature of the reforming catalyst mounted in the hydrogen generator 1, and the exhaust gas from the cathode 17. A purified hydrogen gas flow path 12 for supplying the purified hydrogen gas to the hydrogen utilization equipment 51, a purified hydrogen gas flow path opening / closing valve 13 provided on the purified hydrogen gas flow path 12 for opening and closing the purified hydrogen gas flow path 12, The controller 31 is provided with a power supply 9 for supplying an electric current between the anode 16 and the cathode 17, and when the controller 31 receives a command to stop the hydrogen production operation, the controller 31 causes the city gas of the raw material supply device 2 to operate. The DC current flowing from the anode 16 via the electrolyte membrane 5 to the cathode 17 by the supply operation and the power source 9 is stopped, and the purified hydrogen gas passage opening / closing valve 13 is closed, and then the power source 9 is controlled to control the electrolyte from the cathode 17. Membrane 5 Through to a direct current flows in the hydrogen purification operation and reverse the anode 16, and supplies a high hydrogen purity purified hydrogen gas from the cathode 17 to the anode 16.

これにより、アノード１６からアノードオフガス流路１１に残留する水素純度の低い水素含有ガスをパージするため、アノード１６とカソード１７の水素純度を高い状態で維持することができる。したがって、待機状態においてアノード１６からカソード１７へ不純物が透過して移動することを防ぎ、次回起動時にカソード１７から排出される精製水素ガスの水素純度の低下を抑制することができる。   As a result, the hydrogen-containing gas having a low hydrogen purity remaining in the anode off-gas flow passage 11 is purged from the anode 16, so that the hydrogen purity of the anode 16 and the cathode 17 can be maintained in a high state. Therefore, it is possible to prevent impurities from penetrating and moving from the anode 16 to the cathode 17 in the standby state, and to suppress a decrease in hydrogen purity of the purified hydrogen gas discharged from the cathode 17 at the next startup.

なお、本実施の形態では、水素生成装置１に改質触媒を備えたが、改質触媒の後段にＣＯ低減触媒を備えてもよい。   In addition, in the present embodiment, the hydrogen generation device 1 is provided with the reforming catalyst, but it may be provided with a CO reduction catalyst in a subsequent stage of the reforming catalyst.

なお、本実施の形態では、電気化学デバイス８は１台としたが、複数の電気化学デバイス８を直列に接続した場合でも同様の効果を発する。   In this embodiment, the electrochemical device 8 is one, but the same effect can be obtained even when a plurality of electrochemical devices 8 are connected in series.

なお、本実施の形態では、電気化学デバイス８は１台としたが、水素含有ガス供給流路１０を分岐させ、複数の電気化学デバイス８を並列に接続した場合でも同様の効果を発する。   In the present embodiment, the electrochemical device 8 is one, but the same effect can be obtained even when the hydrogen-containing gas supply channel 10 is branched and a plurality of electrochemical devices 8 are connected in parallel.

また、本実施の形態では、水素利用機器５１がタンクであるが、水素と空気中の酸素を利用して発電する燃料電池とすることもできる。   In addition, in the present embodiment, the hydrogen utilizing device 51 is a tank, but it may be a fuel cell that uses hydrogen and oxygen in the air to generate electricity.

（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２における水素生成システムの概略構成を示すブロック図である。図３に示す実施の形態２の水素生成システム４２において、図１に示す実施の形態１の水素生成システム４１と同一構成については、同一符号を付している。 (Embodiment 2)
FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of a hydrogen generation system according to Embodiment 2 of the present invention. In the hydrogen generation system 42 of the second embodiment shown in FIG. 3, the same components as those of the hydrogen generation system 41 of the first embodiment shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.

図３に示すように本実施の形態の水素生成システム４２は、水素生成装置１と、原料供給器２と、燃焼器３と、水素生成装置温度検出器４と、電解質膜５と、アノード１６と、カソード１７と、電気化学デバイス８と、電源９と、水素含有ガス供給流路１０と、アノードオフガス流路１１と、精製水素ガス流路１２と、精製水素ガス流路開閉弁１３と、還流流路１４と、還流流路開閉弁１５と、制御器３２とを備えている。   As shown in FIG. 3, the hydrogen generation system 42 of the present embodiment includes a hydrogen generator 1, a raw material supplier 2, a combustor 3, a hydrogen generator temperature detector 4, an electrolyte membrane 5, and an anode 16. A cathode 17, an electrochemical device 8, a power supply 9, a hydrogen-containing gas supply flow channel 10, an anode off-gas flow channel 11, a purified hydrogen gas flow channel 12, a purified hydrogen gas flow channel opening / closing valve 13, A return flow passage 14, a return flow passage opening / closing valve 15, and a controller 32 are provided.

水素生成装置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、本実施の形態では、メタンを主成分とする都市ガスを用いた。本実施の形態の改質反応は、都市ガスと水蒸気を反応させる水蒸気改質反応を用いた。水素生成装置１の内部には改質触媒（図示せず）が搭載さている。   The hydrogen generator 1 uses a raw material and steam to generate a hydrogen-containing gas by a reforming reaction. In the present embodiment, the raw material is city gas containing methane as a main component. The reforming reaction of the present embodiment uses a steam reforming reaction in which city gas and steam are reacted. A reforming catalyst (not shown) is mounted inside the hydrogen generator 1.

原料供給器２は、都市ガスを水素生成装置１に供給するするポンプである。   The raw material supply device 2 is a pump that supplies city gas to the hydrogen generator 1.

燃焼器３は、燃料と空気を混合して燃焼させることで、水素生成装置１を加熱する。また、燃焼器３の燃料には、電気化学デバイス８より排出される都市ガスと水素含有ガスとの少なくともいずれか１つが用いられる。   The combustor 3 heats the hydrogen generator 1 by mixing and burning fuel and air. As the fuel of the combustor 3, at least one of city gas and hydrogen-containing gas discharged from the electrochemical device 8 is used.

水素生成装置温度検出器４は、水素生成装置１に搭載されている改質触媒の温度を検出する熱電対である。   The hydrogen generator temperature detector 4 is a thermocouple that detects the temperature of the reforming catalyst mounted on the hydrogen generator 1.

電解質膜５は、水素イオンを選択的に輸送する高分子膜である。   The electrolyte membrane 5 is a polymer membrane that selectively transports hydrogen ions.

アノード１６は、白金を担持したカーボン触媒をカーボン製フェルト上に塗布した電極と、電極に水素含有ガスを供給する流路とで構成される。   The anode 16 is composed of an electrode in which a carbon catalyst supporting platinum is coated on a carbon felt, and a flow path for supplying a hydrogen-containing gas to the electrode.

カソード１７は、白金を担持したカーボン触媒をカーボン製フェルト上に塗布した電極と、電極から精製水素ガスを排出する流路とで構成される。   The cathode 17 is composed of an electrode in which a carbon catalyst supporting platinum is coated on a carbon felt, and a flow path for discharging purified hydrogen gas from the electrode.

電気化学デバイス８は、電解質膜５の一方の主面にアノード１６、電解質膜５の他方の主面にカソード１７が、それぞれ設けられた構成になっている。   The electrochemical device 8 is configured such that an anode 16 is provided on one main surface of the electrolyte membrane 5 and a cathode 17 is provided on the other main surface of the electrolyte membrane 5.

電源９は、電気化学デバイス８のアノード１６とカソード１７との間に電流を流す。   The power supply 9 passes an electric current between the anode 16 and the cathode 17 of the electrochemical device 8.

水素含有ガス供給流路１０は、水素生成装置１から排出される水素含有ガスをアノード１６に供給する流路である。   The hydrogen-containing gas supply passage 10 is a passage for supplying the hydrogen-containing gas discharged from the hydrogen generator 1 to the anode 16.

アノードオフガス流路１１は、アノード１６から排出される水素含有ガスを、燃焼器３に供給する流路である。   The anode off-gas channel 11 is a channel that supplies the hydrogen-containing gas discharged from the anode 16 to the combustor 3.

精製水素ガス流路１２は、カソード１７から排出される精製水素ガスを、水素利用機器５２に供給する流路である。   The purified hydrogen gas passage 12 is a passage for supplying the purified hydrogen gas discharged from the cathode 17 to the hydrogen utilization equipment 52.

精製水素ガス流路開閉弁１３は、精製水素ガス流路１２上に設けられて精製水素ガス流路１２を開閉する電磁弁である。   The purified hydrogen gas passage opening / closing valve 13 is an electromagnetic valve that is provided on the purified hydrogen gas passage 12 to open / close the purified hydrogen gas passage 12.

アノード１６とカソード１７とを連通するバイパス流路としての還流流路１４は、精製水素ガス流路開閉弁１３よりも上流側の精製水素ガス流路１２上の分岐点から、水素含有ガス供給流路１０上の合流点に至る流路である。   The reflux flow passage 14, which is a bypass flow passage that connects the anode 16 and the cathode 17, communicates with the hydrogen-containing gas supply flow from a branch point on the purified hydrogen gas flow passage 12 on the upstream side of the purified hydrogen gas flow passage opening / closing valve 13. It is a flow path that reaches the confluence on the path 10.

バイパス流路開閉弁としての還流流路開閉弁１５は、還流流路１４上に設けられて還流流路１４を開閉する電磁弁である。   The return flow passage opening / closing valve 15 as a bypass flow passage opening / closing valve is an electromagnetic valve provided on the return flow passage 14 to open / close the return flow passage 14.

制御器３２は、水素生成システム４２の運転を制御する。制御器３２は、信号入出力部（図示せず）と、演算処理部（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）とを備える。   The controller 32 controls the operation of the hydrogen generation system 42. The controller 32 includes a signal input / output unit (not shown), an arithmetic processing unit (not shown), and a storage unit (not shown) that stores a control program.

水素利用機器５２は、水素生成システム４２から供給される精製水素ガスを貯留するタンクである。   The hydrogen utilization device 52 is a tank that stores the purified hydrogen gas supplied from the hydrogen generation system 42.

以上のように構成された、本実施の形態の水素生成システム４２について、以下その動作、作用を説明する。以下の動作は、制御器３２が水素生成システム４２の、原料供給器２、電源９、精製水素ガス流路開閉弁１３、及び還流流路開閉弁１５を制御することによって行われる。   The operation and action of the hydrogen generation system 42 of the present embodiment configured as described above will be described below. The following operation is performed by the controller 32 controlling the raw material supply device 2, the power source 9, the purified hydrogen gas passage opening / closing valve 13, and the reflux passage opening / closing valve 15 of the hydrogen generation system 42.

初めに、待機状態の水素生成システム４２の起動動作から水素製造動作に至るまでの動作について説明する。   First, the operation from the startup operation of the hydrogen generation system 42 in the standby state to the hydrogen production operation will be described.

待機状態のとき、原料供給器２と、電源９、はいずれも動作していない。また、精製水素ガス流路開閉弁１３と、還流流路開閉弁１５は、いずれも閉状態である。   In the standby state, neither the raw material feeder 2 nor the power source 9 is operating. Further, the purified hydrogen gas passage opening / closing valve 13 and the reflux passage opening / closing valve 15 are both closed.

外部から制御器３２に起動動作開始の指令が入ると、制御器３２は、原料供給器２に起動の指示を送信する。   When an instruction to start the activation operation is input to the controller 32 from the outside, the controller 32 transmits the activation instruction to the raw material supplier 2.

都市ガスは、原料供給器２が動作すると、水素生成装置１に供給されて水素生成装置１から排出された後、水素含有ガス供給流路１０と、アノード１６と、アノードオフガス流路１１を通流し、燃焼器３に供給されて燃焼し、水素生成装置１を所定の温度になるまで加熱昇温する。   When the raw material supplier 2 operates, the city gas is supplied to the hydrogen generator 1 and discharged from the hydrogen generator 1, and then passes through the hydrogen-containing gas supply passage 10, the anode 16, and the anode off-gas passage 11. The hydrogen generator 1 is caused to flow, is supplied to the combustor 3 and burns, and the hydrogen generator 1 is heated and heated to a predetermined temperature.

水素生成装置１の所定の温度とは、改質反応によって都市ガスから電気化学デバイス８での水素製造動作に必要な水素純度の水素含有ガスが生成する温度であり、本実施の形態では６００℃とした。水素生成装置１が６００℃に達した時点で起動動作は完了して、水素製造動作に移行する。   The predetermined temperature of the hydrogen generator 1 is a temperature at which a hydrogen-containing gas having a hydrogen purity necessary for hydrogen production operation in the electrochemical device 8 is generated from city gas by a reforming reaction, and is 600 ° C. in the present embodiment. And When the hydrogen generator 1 reaches 600 ° C., the startup operation is completed and the hydrogen production operation is started.

水素製造動作とは、水素利用機器５２で要求される所定の水素純度以上の精製水素ガスを、電気化学デバイス８で水素含有ガスから精製し、安定的に継続して供給する動作である。このとき、水素生成装置１に、水または水蒸気が供給され、都市ガス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。   The hydrogen production operation is an operation of purifying the purified hydrogen gas having a predetermined hydrogen purity or higher required by the hydrogen utilization equipment 52 from the hydrogen-containing gas by the electrochemical device 8 and stably and continuously supplying the purified hydrogen gas. At this time, water or steam is supplied to the hydrogen generator 1, and the hydrogen-containing gas is generated by the reforming reaction using the city gas and steam.

ここで、所定の純度とはＩＳＯ１４６８７−２で規定されている９９．９７％である。水素生成装置１から供給される水素含有ガスの水素純度は７５％であり、これを電気化学デバイス８により精製し水素純度を９９．９７％以上とする。   Here, the predetermined purity is 99.97% specified by ISO14687-2. The hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen generator 1 has a hydrogen purity of 75% and is purified by the electrochemical device 8 to have a hydrogen purity of 99.97% or more.

本実施の形態においては、精製水素ガスの水素純度を９９．９８％とした。制御器３２は、電気化学デバイス８で精製される水素量が、水素利用機器５２が必要とする量に足るよう、原料供給器２と、電源９を操作し、精製水素ガス流路開閉弁１３を開状態とする。   In the present embodiment, the hydrogen purity of the purified hydrogen gas is set to 99.98%. The controller 32 operates the raw material supply device 2 and the power source 9 so that the amount of hydrogen purified by the electrochemical device 8 is sufficient for the hydrogen utilization equipment 52, and the purified hydrogen gas passage opening / closing valve 13 is operated. To open.

具体的には、制御器３２は、水素利用機器５２に供給する精製水素ガス流量に応じた電流値を算出し、電源９に電流値を指示する。このとき電源９の動作によりアノード１６から電解質膜５を経由してカソード１７に直流電流が流れている。   Specifically, the controller 32 calculates a current value according to the flow rate of purified hydrogen gas supplied to the hydrogen utilizing device 52, and instructs the power source 9 on the current value. At this time, due to the operation of the power supply 9, a direct current is flowing from the anode 16 to the cathode 17 via the electrolyte membrane 5.

同時に、制御器３２は、水素生成装置温度検出器４の温度を監視しながら、原料供給器２の流量を制御する。原料供給器２と電源９は、外部から制御器３２に水素製造動作停止の指令が入るまで、水素製造動作を保持する。   At the same time, the controller 32 controls the flow rate of the raw material supplier 2 while monitoring the temperature of the hydrogen generator temperature detector 4. The raw material supply device 2 and the power supply 9 hold the hydrogen production operation until the controller 32 receives an instruction to stop the hydrogen production operation from the outside.

外部から制御器３２に水素製造動作停止の指令が入ったとき、制御器３２は原料供給器２と電源９を停止し、精製水素ガス流路開閉弁１３を閉状態にする。   When a command to stop the hydrogen production operation is input from the outside to the controller 32, the controller 32 stops the raw material supply device 2 and the power source 9 and closes the purified hydrogen gas flow passage opening / closing valve 13.

このとき、水素生成システム４２のアノード１６においては、水素純度が７５％の水素含有ガスが滞留している。また、カソード１７から精製水素ガス流路開閉弁１３までの精製水素ガス流路１２と、精製水素ガス流路１２から還流流路１４への分岐点から還流流路開閉弁１５までの還流流路１４には、水素純度が９９．９８％の精製水素ガスが滞留している。   At this time, in the anode 16 of the hydrogen generation system 42, a hydrogen-containing gas having a hydrogen purity of 75% is retained. Further, a purified hydrogen gas passage 12 from the cathode 17 to the purified hydrogen gas passage opening / closing valve 13 and a reflux passage from a branch point from the purified hydrogen gas passage 12 to the reflux passage 14 to the reflux passage opening / closing valve 15. Purified hydrogen gas having a hydrogen purity of 99.98% is retained in 14.

また、水素含有ガスと精製水素ガスとは、電解質膜５により隔離されているが、それぞれの成分の分圧の差により電解質膜５を透過するため、時間の経過とともに双方の組成が等しくなるように変化する。   Further, the hydrogen-containing gas and the purified hydrogen gas are separated by the electrolyte membrane 5, but since the hydrogen-containing gas and the purified hydrogen gas pass through the electrolyte membrane 5 due to the difference in the partial pressures of the respective components, both compositions become equal over time. Changes to.

アノード１６の体積は０．２５Ｌ、カソード１７の体積は０．２５Ｌである。したがって、十分に時間が経過したとき、アノード１６、カソード１７、における水素純度は、（数２）に示す式で算出され、約８７％となる。   The anode 16 has a volume of 0.25 L, and the cathode 17 has a volume of 0.25 L. Therefore, when a sufficient time has elapsed, the hydrogen purities in the anode 16 and the cathode 17 are calculated by the formula shown in (Equation 2) and become about 87%.

Figure 2020066552
そのため、次回の水素精製動作開始直後に、カソード１７から排出される精製水素ガスの水素純度は約８７％となり、規格値９９．９７％を下回ってしまう。
Figure 2020066552
 Therefore, immediately after the start of the next hydrogen purification operation, the hydrogen purity of the purified hydrogen gas discharged from the cathode 17 is about 87%, which is below the standard value of 99.97%.

精製水素ガスの水素純度が規格値を下回ることを抑制するため、本実施の形態においては、水素製造動作停止の指令が入ったとき、制御器３２は、原料供給器２と電源９を停止し、精製水素ガス流路開閉弁１３を閉状態とした後に、パージ動作を行う。パージ動作とは、水素製造動作停止後に、還流流路１４を介して、カソード１７からアノード１６へ精製水素ガスを供給する動作である。   In order to suppress the hydrogen purity of the purified hydrogen gas from falling below the standard value, in the present embodiment, when a command to stop the hydrogen production operation is input, controller 32 stops raw material supply device 2 and power supply 9. After the purified hydrogen gas passage opening / closing valve 13 is closed, the purging operation is performed. The purging operation is an operation of supplying the purified hydrogen gas from the cathode 17 to the anode 16 via the reflux flow passage 14 after the hydrogen production operation is stopped.

図４は、本発明の実施の形態２における水素生成システムのパージ動作を示すフローチャートである。   FIG. 4 is a flowchart showing a purging operation of the hydrogen generation system according to the second embodiment of the present invention.

外部から制御器３２に水素製造動作停止の指令が入ると、制御器３２は原料供給器２および電源９の動作を停止し、精製水素ガス流路開閉弁１３を閉状態とする（Ｓ２０１）。次に、還流流路開閉弁１５の弁を開状態にする（Ｓ２０２）。   When a command to stop the hydrogen production operation is input to the controller 32 from the outside, the controller 32 stops the operations of the raw material supply device 2 and the power source 9 and closes the refined hydrogen gas passage opening / closing valve 13 (S201). Next, the valve of the return flow passage opening / closing valve 15 is opened (S202).

還流流路開閉弁１５が開状態となると精製水素ガスがカソード１７からアノード１６へ供給されアノード１６に滞留する水素含有ガスがパージされ、アノード１６に滞留する水素含有ガスの水素純度が上昇する。   When the reflux passage opening / closing valve 15 is opened, purified hydrogen gas is supplied from the cathode 17 to the anode 16 to purge the hydrogen-containing gas staying in the anode 16, and the hydrogen purity of the hydrogen-containing gas staying in the anode 16 is increased.

次に、原料供給器２の動作停止から第２時間経過したかを判定し（Ｓ２０３）、第２時間経過していない場合はＳ２０３の判定を繰り返し実行する。一方で、第２時間経過した場合は、Ｓ２０４に移行する。   Next, it is determined whether or not the second time has elapsed since the operation of the raw material supply device 2 was stopped (S203), and if the second time has not elapsed, the determination of S203 is repeatedly executed. On the other hand, if the second time has elapsed, the process proceeds to S204.

第２時間は還流流路１４とアノード１６に残留する水素純度の低い水素含有ガスを排出するために必要なパージガス供給時間であり、本実施の形態では、アノード１６に滞留する水素含有ガスの水素純度が９９．９８％に到達する時間として実験的に取得し、３分とした。   The second time is a purge gas supply time required to discharge the hydrogen-containing gas having a low hydrogen purity remaining in the reflux passage 14 and the anode 16, and in the present embodiment, the hydrogen of the hydrogen-containing gas staying in the anode 16 is hydrogen. The time required for the purity to reach 99.98% was obtained experimentally and was set to 3 minutes.

次に、還流流路開閉弁１５の弁を閉状態とし（Ｓ２０４）、パージを終了する。このとき、アノード１６に滞留する水素含有ガス、およびカソード１７に滞留する精製水素ガスの水素純度はともに９９．９８％となり成分はほぼ等しくなる。このため、水素および不純物の電解質膜５の透過は抑制され、カソード１７に滞留する精製水素ガスの水素純度は９９．９８％に維持される。   Next, the valve of the return flow passage opening / closing valve 15 is closed (S204), and the purging is completed. At this time, the hydrogen purity of the hydrogen-containing gas staying in the anode 16 and the purified hydrogen gas staying in the cathode 17 are both 99.98%, and the components are almost equal. Therefore, the permeation of hydrogen and impurities through the electrolyte membrane 5 is suppressed, and the hydrogen purity of the purified hydrogen gas staying at the cathode 17 is maintained at 99.98%.

これによって、次回の水素精製動作開始直後にカソード１７から排出される精製水素ガスの水素純度は９９．９８％となり、水素純度の低下を抑制できる。パージ動作終了後、水素生成システム４２は待機状態へ移行する。   As a result, the hydrogen purity of the purified hydrogen gas discharged from the cathode 17 immediately after the start of the next hydrogen purification operation becomes 99.98%, and the reduction in hydrogen purity can be suppressed. After the purging operation is completed, the hydrogen generation system 42 shifts to the standby state.

以上のように、本実施の形態の水素生成システム４２は、都市ガスから水素含有ガスを生成する水素生成装置１と、都市ガスを水素生成装置１に供給する原料供給器２と、電解質膜５の両主面をアノード１６とカソード１７とで挟み、水素精製動作中にアノード１６に水素含有ガスが供給されるとともに、アノード１６から電解質膜５を経由してカソード１７に電流が流されることで、カソード１７から水素含有ガスよりも水素の純度が高い精製水素ガスを生成する電気化学デバイス８と、水素生成装置１から排出される水素含有ガスをアノード１６に供給する水素含有ガス供給流路１０と、アノード１６から排出される水素含有ガスを燃焼器３に供給するアノードオフガス流路１１と、アノードオフガス流路１１から供給される燃料と空気を混合して燃焼させることで水素生成装置１を加熱する燃焼器３と、水素生成装置１に搭載されている改質触媒の温度を検出する水素生成装置温度検出器４と、カソード１７から排出される精製水素ガスを水素利用機器５１に供給する精製水素ガス流路１２と、精製水素ガス流路１２上に設けられて精製水素ガス流路１２を開閉する精製水素ガス流路開閉弁１３と、精製水素ガス流路開閉弁１３よりも上流側の精製水素ガス流路１２と水素含有ガス供給流路１０とを連通させる還流流路１４と、還流流路１４上に設けられて還流流路１４を開閉する還流流路開閉弁１５と、アノード１６とカソード１７との間にアノード１６から電解質膜５を経由してカソード１７流れる直流電流を流す電源９と、制御器３２と、を備え、制御器３２に水素製造動作停止の指令が入ると、制御器３２が、原料供給器２の都市ガス供給動作と電源９によるアノード１６から電解質膜５を経由してカソード１７流れる直流電流を停止し、精製水素ガス流路開閉弁１３を閉状態とした後に、還流流路開閉弁１５の弁を開状態にして、還流流路１４を経由して水素純度の高い精製水素ガスをカソード１７からアノード１６へ供給する。   As described above, the hydrogen generation system 42 according to the present embodiment includes the hydrogen generator 1 that generates the hydrogen-containing gas from the city gas, the raw material supplier 2 that supplies the city gas to the hydrogen generator 1, and the electrolyte membrane 5. By sandwiching both main surfaces of the anode 16 and the cathode 17 and supplying a hydrogen-containing gas to the anode 16 during the hydrogen refining operation, a current flows from the anode 16 to the cathode 17 via the electrolyte membrane 5. An electrochemical device 8 for producing a purified hydrogen gas having a higher purity of hydrogen than the hydrogen-containing gas from the cathode 17, and a hydrogen-containing gas supply passage 10 for supplying the hydrogen-containing gas discharged from the hydrogen generator 1 to the anode 16. An anode off-gas channel 11 for supplying the hydrogen-containing gas discharged from the anode 16 to the combustor 3, and fuel and air supplied from the anode off-gas channel 11. The combustor 3 that heats the hydrogen generator 1 by mixing and combusting it, the hydrogen generator temperature detector 4 that detects the temperature of the reforming catalyst mounted in the hydrogen generator 1, and the exhaust gas from the cathode 17. A purified hydrogen gas flow path 12 for supplying the purified hydrogen gas to the hydrogen utilization equipment 51, a purified hydrogen gas flow path opening / closing valve 13 provided on the purified hydrogen gas flow path 12 for opening and closing the purified hydrogen gas flow path 12, A reflux flow passage 14 that connects the purified hydrogen gas flow passage 12 on the upstream side of the purified hydrogen gas flow passage opening / closing valve 13 and the hydrogen-containing gas supply flow passage 10, and a reflux flow passage 14 provided on the reflux flow passage 14. A control unit 32 is provided with a recirculation passage opening / closing valve 15 for opening and closing, a power source 9 for flowing a direct current flowing from the anode 16 through the electrolyte membrane 5 to the cathode 17 between the anode 16 and the cathode 17, and a controller 32. Made of hydrogen in container 32 When a command to stop the operation is input, the controller 32 stops the city gas supply operation of the raw material supply device 2 and the direct current flowing from the anode 16 by the power source 9 through the electrolyte membrane 5 to the cathode 17 and the purified hydrogen gas flow path. After the on-off valve 13 is closed, the valve of the reflux passage opening / closing valve 15 is opened, and purified hydrogen gas having high hydrogen purity is supplied from the cathode 17 to the anode 16 via the reflux passage 14.

これにより、還流流路１４とアノード１６に残留する水素純度の低い水素含有ガスをパージするため、アノード１６とカソード１７の水素純度を高い状態で維持することができる。   As a result, the hydrogen-containing gas having a low hydrogen purity remaining in the reflux passage 14 and the anode 16 is purged, so that the hydrogen purity of the anode 16 and the cathode 17 can be maintained in a high state.

したがって、待機状態においてアノード１６からカソード１７へ不純物が透過して移動することを防ぎ、次回起動時にカソードから排出される精製水素ガスの水素純度の低下を抑制することができる。また、電気化学デバイスに電流を流さずパージ動作ができ、パージ動作による消費電力増加を抑制することができる。   Therefore, it is possible to prevent impurities from penetrating and moving from the anode 16 to the cathode 17 in the standby state, and to suppress a decrease in hydrogen purity of the purified hydrogen gas discharged from the cathode at the next startup. Further, the purging operation can be performed without applying a current to the electrochemical device, and the increase in power consumption due to the purging operation can be suppressed.

なお、本実施の形態では、電気化学デバイス８は１台としたが、複数の電気化学デバイス８を直列に接続した場合でも同様の効果を発する。   In this embodiment, the electrochemical device 8 is one, but the same effect can be obtained even when a plurality of electrochemical devices 8 are connected in series.

なお、本実施の形態では、電気化学デバイス８は１台としたが、水素含有ガス供給流路１０を分岐させ、複数の電気化学デバイス８を並列に接続した場合でも同様の効果を発する。   In the present embodiment, the electrochemical device 8 is one, but the same effect can be obtained even when the hydrogen-containing gas supply channel 10 is branched and a plurality of electrochemical devices 8 are connected in parallel.

本発明による水素生成システムは、次回の水素精製動作開始直後に電気化学デバイスのカソードから排出される精製水素ガスの水素純度が低下するのを抑制できるので、水素含有ガスから電気化学反応を利用して、水素含有ガスよりも水素純度の高い精製水素ガスを生成する電気化学デバイスを備えた水素生成システムにおいて、水素精製動作開始直後においても、水素純度の高い精製水素ガスの供給を求められる用途に最適である。   Since the hydrogen generation system according to the present invention can suppress the hydrogen purity of the purified hydrogen gas discharged from the cathode of the electrochemical device immediately after the start of the next hydrogen purification operation, it is possible to utilize the electrochemical reaction from the hydrogen-containing gas. In a hydrogen production system equipped with an electrochemical device that produces a purified hydrogen gas having a higher hydrogen purity than a hydrogen-containing gas, it can be used for applications requiring the supply of a purified hydrogen gas with a high hydrogen purity even immediately after the start of the hydrogen purification operation. Optimal.

１ 水素生成装置
２ 原料供給器
３ 燃焼器
４ 水素生成装置温度検出器
５ 電解質膜
８ 電気化学デバイス
９ 電源
１０ 水素含有ガス供給流路
１１ アノードオフガス流路
１２ 精製水素ガス流路
１３ 精製水素ガス流路開閉弁
１４ 還流流路
１５ 還流流路開閉弁
１６ アノード
１７ カソード
３１ 制御器
３２ 制御器
４１ 水素生成システム
４２ 水素生成システム
５１ 水素利用機器
５２ 水素利用機器 1 Hydrogen Generator 2 Raw Material Feeder 3 Combustor 4 Hydrogen Generator Temperature Detector 5 Electrolyte Membrane 8 Electrochemical Device 9 Power Supply 10 Hydrogen-Containing Gas Supply Flow Path 11 Anode Off-Gas Flow Path 12 Purified Hydrogen Gas Flow Path 13 Purified Hydrogen Gas Flow Flow control valve 14 Reflux flow channel 15 Reflux flow channel switching valve 16 Anode 17 Cathode 31 Controller 32 Controller 41 Hydrogen generation system 42 Hydrogen generation system 51 Hydrogen utilization equipment 52 Hydrogen utilization equipment

本発明は、少なくともガス供給装置から供給される水素含有ガスから高純度の精製水素ガスを生成する電気化学デバイスを備える水素生成システムとその運転方法に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a hydrogen generation system including an electrochemical device that generates high-purity purified hydrogen gas from at least a hydrogen-containing gas supplied from a gas supply device, and a method of operating the hydrogen generation system.

この種の水素生成システムは、水素含有ガスの供給源から供給された水素含有ガスから電気化学反応を利用して、水素含有ガスよりも水素純度の高い精製水素ガスを生成する電気化学デバイスを備えたシステムである。 This type of hydrogen generation system includes an electrochemical device that uses an electrochemical reaction from a hydrogen-containing gas supplied from a hydrogen-containing gas supply source to generate a purified hydrogen gas having a higher hydrogen purity than the hydrogen-containing gas. It is a system.

従来の課題を解決するために、本発明の水素生成システムは、電解質膜の両主面をアノードとカソードとで挟み、水素精製動作中に、アノードに水素含有ガスが供給されるとともに、アノードから電解質膜を経由してカソードに電流が流されることで、カソードから水素含有ガスよりも水素の純度が高い精製水素ガスを生成する電気化学デバイスを備えた水素生成システムであって、水素精製動作終了後に、精製水素ガスをカソードからアノードへ供給するパージ動作が行われるように構成したものである。 In order to solve the conventional problems, the hydrogen generation system of the present invention sandwiches both main surfaces of an electrolyte membrane between an anode and a cathode, and a hydrogen-containing gas is supplied to the anode during the hydrogen purification operation, and A hydrogen production system equipped with an electrochemical device that produces purified hydrogen gas with a higher purity than hydrogen-containing gas from the cathode by passing an electric current to the cathode through an electrolyte membrane. After that, the purge operation of supplying the purified hydrogen gas from the cathode to the anode is performed.

第１の発明は、電解質膜の両主面をアノードとカソードとで挟み、水素精製動作中にアノードに水素含有ガスが供給されるとともに、アノードから電解質膜を経由してカソードに電流が流されることで、カソードから水素含有ガスよりも水素の純度が高い精製水素ガスを生成する電気化学デバイスを備えた水素生成システムであって、水素精製動作終了後に、精製水素ガスをカソードからアノードへ供給するパージ動作が行われるように構成したことを特徴とするものである。 According to a first aspect of the present invention, both main surfaces of an electrolyte membrane are sandwiched between an anode and a cathode, a hydrogen-containing gas is supplied to the anode during a hydrogen purification operation, and a current is passed from the anode to the cathode via the electrolyte membrane. As a result, the hydrogen generation system is provided with an electrochemical device that generates purified hydrogen gas having a higher purity than hydrogen-containing gas from the cathode, and the purified hydrogen gas is supplied from the cathode to the anode after completion of the hydrogen purification operation. It is characterized in that the purge operation is performed.

第４の発明は、電解質膜の両主面をアノードとカソードとで挟み、水素精製動作中にアノードに水素含有ガスが供給されるとともに、アノードから電解質膜を経由してカソード
に電流が流されることで、カソードから水素含有ガスよりも水素の純度が高い精製水素ガスを生成する電気化学デバイスを備えた水素生成システムの運転方法であって、水素精製動作終了後に、精製水素ガスをカソードからアノードへ供給するパージ動作を行うことを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, both main surfaces of an electrolyte membrane are sandwiched between an anode and a cathode, and a hydrogen-containing gas is supplied to the anode during a hydrogen purification operation, and a current is passed from the anode to the cathode via the electrolyte membrane. Thus, a method for operating a hydrogen generation system equipped with an electrochemical device for producing purified hydrogen gas having a higher purity than hydrogen-containing gas from the cathode, wherein the purified hydrogen gas is supplied from the cathode to the anode after completion of the hydrogen purification operation. It is characterized in that a purging operation for supplying to is performed.

Claims (4)

水素含有ガスを生成する水素生成装置と、
電解質膜の両主面をアノードとカソードとで挟み、水素精製動作中に、前記アノードに前記水素含有ガスが供給されるとともに、前記アノードから前記電解質膜を経由して前記カソードに電流が流されることで、前記カソードから前記水素含有ガスよりも水素の純度が高い精製水素ガスを生成する電気化学デバイスと、
を備えた水素生成システムであって、
前記水素精製動作終了後に、前記精製水素ガスを前記カソードから前記アノードへ供給するパージ動作が行われるように構成したことを特徴とする水素生成システム。 A hydrogen generator for generating a hydrogen-containing gas,
Both main surfaces of the electrolyte membrane are sandwiched between the anode and the cathode, and during the hydrogen purification operation, the hydrogen-containing gas is supplied to the anode, and a current is passed from the anode to the cathode through the electrolyte membrane. Thus, an electrochemical device for producing a purified hydrogen gas from the cathode, the purified hydrogen gas having a higher hydrogen purity than the hydrogen-containing gas,
A hydrogen generation system comprising:
A hydrogen generating system configured to perform a purging operation of supplying the purified hydrogen gas from the cathode to the anode after the completion of the hydrogen refining operation. 前記アノードと前記カソードとの間に前記電流を流す電源と、
制御器と、
を備え、
前記制御器は、前記水素精製動作終了後に、前記電源を制御して、前記電気化学デバイスに前記水素精製動作中と逆向きの電流を流すことにより、前記パージ動作を行うことを特徴とする請求項１に記載の水素生成システム。 A power supply for flowing the current between the anode and the cathode,
A controller,
Equipped with
The controller performs the purging operation by controlling the power supply after the completion of the hydrogen refining operation to supply a current in a direction opposite to that during the hydrogen refining operation to the electrochemical device. Item 2. The hydrogen generation system according to Item 1. 前記アノードと前記カソードとを連通するバイパス流路と、
前記バイパス流路上に配設され前記バイパス流路を開閉するバイパス流路開閉弁と、
制御器と、
を備え、
前記制御器は、
前記水素精製動作中には、前記バイパス流路弁を閉じており、
前記水素精製動作終了後に、前記バイパス流路弁を開け、バイパス流路を介して、前記パージ動作を行うことを特徴とする請求項１に記載の水素生成システム。 A bypass flow path connecting the anode and the cathode,
A bypass flow passage opening / closing valve arranged on the bypass flow passage and opening / closing the bypass flow passage,
A controller,
Equipped with
The controller is
During the hydrogen purification operation, the bypass passage valve is closed,
The hydrogen generation system according to claim 1, wherein after the hydrogen purification operation is completed, the bypass passage valve is opened and the purge operation is performed via the bypass passage. 水素含有ガスを生成する水素生成装置と、
電解質膜の両主面をアノードとカソードとで挟み、水素精製動作中に、前記アノードに前記水素含有ガスが供給されるとともに、前記アノードから前記電解質膜を経由して前記カソードに電流が流されることで、前記カソードから前記水素含有ガスよりも水素の純度が高い精製水素ガスを生成する電気化学デバイスと、
を備えた水素生成システムの運転方法であって、
前記水素精製動作終了後に、前記精製水素ガスを前記カソードから前記アノードへ供給するパージ動作を行うことを特徴とする水素生成システムの運転方法。 A hydrogen generator for generating a hydrogen-containing gas,
Both main surfaces of the electrolyte membrane are sandwiched between the anode and the cathode, and during the hydrogen purification operation, the hydrogen-containing gas is supplied to the anode, and a current is passed from the anode to the cathode through the electrolyte membrane. Thus, an electrochemical device for producing a purified hydrogen gas from the cathode, the purified hydrogen gas having a higher hydrogen purity than the hydrogen-containing gas,
A method of operating a hydrogen generation system comprising:
A method of operating a hydrogen generation system, comprising performing a purging operation of supplying the purified hydrogen gas from the cathode to the anode after the completion of the hydrogen purification operation.
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