JP2020070213A - Reforming system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、改質システムに関する。 The present invention relates to reforming systems.
従来の改質システムとしては、例えば特許文献1に記載されている技術が知られている。特許文献1に記載の改質システムは、燃料電池に供給するための水素含有の改質ガスを生成する熱交換型改質器を主要構成要素として構成されている。熱交換型改質器は、改質触媒が担持され、炭化水素ガスと水蒸気とを触媒反応させることで水素ガスを含む改質ガスを生成する改質部と、燃焼用の酸化触媒が担持され、改質部が改質反応を行うための熱を供給する加熱部とを含んで構成されている。改質部には、炭化水素ガスを改質部に供給する原料ポンプが原料供給ラインを介して接続されている。加熱部には、冷却オフガスと燃料電池のアノードからのアノードオフガスとを混合するガス混合器が接続されている。
As a conventional reforming system, for example, the technique described in
しかしながら、上記従来技術では、改質器において加熱部で発生した燃焼熱を改質部に供給しているため、改質器の起動時に改質部の温度上昇が遅く、改質器の起動に時間がかかってしまう。 However, in the above-mentioned conventional technology, since the combustion heat generated in the heating section of the reformer is supplied to the reforming section, the temperature rise of the reforming section is slow at the time of starting the reformer, and the reformer cannot be started. It takes time.
本発明の目的は、改質器の起動時に改質部を早期に昇温させることができる改質システムを提供することである。 An object of the present invention is to provide a reforming system that can quickly raise the temperature of the reforming section when the reformer is started.
本発明の一態様に係る改質システムは、燃料ガスを水素に分解して水素を含有した改質ガスを生成する改質部と、燃料ガスを燃焼して燃焼ガスを生成すると共に燃料ガスの燃焼熱を改質部に供給する燃焼部とを有する改質器と、改質部及び燃焼部に供給される燃料ガスが流れる燃料ガス流路と、改質部に供給される酸化性ガスが流れる第1酸化性ガス流路と、燃焼部に供給される酸化性ガスが流れる第2酸化性ガス流路と、改質部により生成された改質ガスが流れる改質ガス流路と、燃焼部により生成された燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路と、第1酸化性ガス流路に配設され、第1酸化性ガス流路を開閉する第1開閉バルブと、第2酸化性ガス流路に配設され、第2酸化性ガス流路を開閉する第2開閉バルブと、第1開閉バルブ及び第2開閉バルブを制御する開閉バルブ制御部とを備え、開閉バルブ制御部は、改質器が起動されると、第1開閉バルブ及び第2開閉バルブを開くように制御し、その後改質部の温度が所定温度以上になると、第1開閉バルブを閉じるように制御する。 A reforming system according to an aspect of the present invention includes a reforming unit that decomposes a fuel gas into hydrogen to generate a hydrogen-containing reformed gas, and a fuel gas that burns the fuel gas to generate a combustion gas. A reformer having a combustion unit that supplies combustion heat to the reforming unit, a fuel gas flow path through which the fuel gas supplied to the reforming unit and the combustion unit flows, and an oxidizing gas supplied to the reforming unit are provided. A flowing first oxidizing gas flow path, a second oxidizing gas flow path through which the oxidizing gas supplied to the combustion section flows, a reformed gas flow path through which the reformed gas generated by the reforming section flows, A combustion gas flow path through which the combustion gas generated by the section flows, a first opening / closing valve arranged in the first oxidizing gas flow path to open and close the first oxidizing gas flow path, and a second oxidizing gas flow path Second opening / closing valve for opening / closing the second oxidizing gas passage, the first opening / closing valve and the second opening / closing valve And an opening / closing valve control unit for controlling the valve, the opening / closing valve control unit controls the first opening / closing valve and the second opening / closing valve to open when the reformer is activated, and then the temperature of the reforming unit is controlled. When the temperature exceeds a predetermined temperature, the first opening / closing valve is controlled to be closed.
このような改質システムにおいては、改質器が起動されると、第1開閉バルブ及び第2開閉バルブが開くため、改質器の改質部及び燃焼部の両方に酸化性ガスが供給される。このため、改質部及び燃焼部の何れにおいても、燃料ガスが燃焼する。従って、燃焼部で発生した燃料ガスの燃焼熱が改質部に供給され、改質部の温度が上昇すると共に、改質部自体で発生した燃料ガスの燃焼熱によっても改質部の温度が上昇する。これにより、改質部は、燃焼部で発生した燃料ガスの燃焼熱と改質部自体で発生した燃料ガスの燃焼熱とで改質を行う。その後、改質部の温度が所定温度以上になると、第1開閉バルブが閉じるため、燃焼部のみに酸化性ガスが供給され、燃焼部のみにおいて燃料ガスが燃焼する。これにより、改質部は、燃焼部で発生した燃料ガスの燃焼熱で改質を行う。このように改質器の起動時には、燃焼部で発生した燃料ガスの燃焼熱が改質部に供給されるだけでなく、改質部自体でも燃料ガスの燃焼熱が発生するため、改質部が早期に昇温する。 In such a reforming system, when the reformer is activated, the first opening / closing valve and the second opening / closing valve open, so that the oxidizing gas is supplied to both the reforming section and the combustion section of the reformer. It Therefore, the fuel gas burns in both the reforming section and the combustion section. Therefore, the combustion heat of the fuel gas generated in the combustion section is supplied to the reforming section, the temperature of the reforming section rises, and the temperature of the reforming section also increases due to the combustion heat of the fuel gas generated in the reforming section itself. To rise. As a result, the reforming unit reforms with the combustion heat of the fuel gas generated in the combustion unit and the combustion heat of the fuel gas generated in the reforming unit itself. After that, when the temperature of the reforming section becomes equal to or higher than a predetermined temperature, the first opening / closing valve closes, so that the oxidizing gas is supplied only to the combustion section, and the fuel gas burns only in the combustion section. As a result, the reforming unit reforms with the combustion heat of the fuel gas generated in the combustion unit. Thus, when the reformer is started, not only the combustion heat of the fuel gas generated in the combustion section is supplied to the reforming section, but also the combustion heat of the fuel gas is generated in the reforming section itself. Will heat up early.
改質システムは、改質部の温度を検出する温度検出部を更に備え、開閉バルブ制御部は、温度検出部により検出された改質部の温度が所定温度以上になると、第1開閉バルブを閉じるように制御してもよい。このような構成では、改質部の温度が所定温度以上であるかどうかを簡単に且つ正確に判断することができる。 The reforming system further includes a temperature detection unit that detects the temperature of the reforming unit, and the opening / closing valve control unit opens the first opening / closing valve when the temperature of the reforming unit detected by the temperature detection unit becomes equal to or higher than a predetermined temperature. It may be controlled to close. With such a configuration, it is possible to easily and accurately determine whether the temperature of the reforming section is equal to or higher than a predetermined temperature.
改質システムは、改質ガス流路を流れる改質ガスに含まれる燃料を除去する燃料除去部と、燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスに含まれる燃料を除去する触媒と、改質ガス流路に配設され、改質ガスを燃料除去部に供給するメイン経路と改質ガスを触媒に供給するサブ経路とを切り替える切替バルブと、切替バルブを制御する切替バルブ制御部とを更に備え、切替バルブ制御部は、改質部の温度が所定温度以上になると、切替バルブをサブ経路からメイン経路に切り替えるように制御してもよい。このような構成では、改質部の温度が所定温度以上になるまでは、改質部により生成された改質ガスが触媒に供給されるため、燃料除去部には改質ガスが供給されにくい。従って、燃料除去部において除去される燃料の総量が少なくなるため、燃料除去部を小型化することができる。 The reforming system includes a fuel removing unit that removes fuel contained in the reformed gas flowing through the reformed gas passage, a catalyst that removes fuel contained in the combustion gas flowing through the combustion gas passage, and a reformed gas passage. And a switching valve control unit for controlling the switching valve, the switching valve switching between a main route for supplying the reformed gas to the fuel removing unit and a sub route for supplying the reformed gas to the catalyst. The valve control unit may control the switching valve to switch from the sub route to the main route when the temperature of the reforming unit becomes equal to or higher than a predetermined temperature. In such a configuration, since the reformed gas generated by the reforming unit is supplied to the catalyst until the temperature of the reforming unit becomes equal to or higher than the predetermined temperature, it is difficult to supply the reformed gas to the fuel removing unit. .. Therefore, the total amount of fuel removed by the fuel removal unit is reduced, and the fuel removal unit can be downsized.
燃料除去部には、燃料除去部により燃料が除去された改質ガスと酸化性ガスとが供給される燃料電池が接続されていてもよい。このような構成では、改質システムを燃料電池システムに有効活用することができる。 A fuel cell to which the reformed gas from which the fuel has been removed by the fuel removal section and the oxidizing gas are supplied may be connected to the fuel removal section. With such a configuration, the reforming system can be effectively used for the fuel cell system.
本発明によれば、改質器の起動時に改質部を早期に昇温させることができる。 According to the present invention, it is possible to quickly raise the temperature of the reforming section when the reformer is started.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or equivalent elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.
図1は、本発明の第1実施形態に係る改質システムを備えた燃料電池システムを示す概略構成図である。図1において、燃料電池システム1は、例えば燃料電池自動車に搭載される。燃料電池システム1は、本実施形態の改質システム2と、燃料電池3とを備えている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a fuel cell system including a reforming system according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the
改質システム2は、アンモニアタンク4と、気化器5と、空気供給部6と、熱交換型の改質器7と、ヒータ8と、アンモニア除去器9と、触媒10と、温度センサ11と、制御ユニット12とを備えている。
The reforming
アンモニアタンク4は、燃料であるアンモニア(NH3)を液体状態で貯蔵するタンクである。気化器5は、アンモニア流路13を介してアンモニアタンク4と接続されている。気化器5は、ポンプ(図示せず)によりアンモニアタンク4から導出された液体状態のアンモニアを気化させて、アンモニアガス(燃料ガス)を生成する。
The ammonia tank 4 is a tank for storing ammonia (NH 3 ) which is a fuel in a liquid state. The
空気供給部6は、酸化性ガスである空気を改質器7及び燃料電池3に供給する。空気供給部6としては、例えば送風機等が用いられる。
The
改質器7は、気化器5により生成されたアンモニアガスを改質して、水素を含有した改質ガスを生成する。改質器7は、アンモニアガスを水素に分解する改質触媒14aを含む改質部14と、アンモニアガスを燃焼する燃焼触媒15aを含み、アンモニアガスの燃焼熱を改質部14に供給する燃焼部15とを有している。改質触媒14aとしては、例えばルテニウム(Ru)またはロジウム(Rh)等が用いられる。燃焼触媒15aとしては、例えば白金(Pt)またはロジウム(Rh)等が用いられる。
The
改質部14及び燃焼部15は、例えば仕切り板(図示せず)を介して積層されている。燃焼部15で発生した燃焼熱は、仕切り板を通って改質部14に伝わる。改質部14及び燃焼部15の数としては、1つずつであってもよいし、複数ずつであってもよい。改質部14及び燃焼部15の数が複数ずつである場合には、改質部14及び燃焼部15は交互に積層される。
The reforming
改質部14は、アンモニアガス流路16(燃料ガス流路)を介して気化器5と接続されていると共に、空気流路17(第1酸化性ガス流路)を介して空気供給部6と接続されている。アンモニアガス流路16は、改質部14に供給されるアンモニアガスが流れる流路である。空気流路17は、改質部14に供給される空気が流れる流路である。
The reforming
アンモニアガス流路16には、アンモニアガス流路16を開閉する電磁式の燃料開閉バルブ18が配設されている。空気流路17は、アンモニアガス流路16における燃料開閉バルブ18と改質部14との間の部分に接続されている。空気流路17には、空気流路17を開閉する電磁式の空気開閉バルブ19(第1開閉バルブ)が配設されている。燃料開閉バルブ18及び空気開閉バルブ19としては、例えば流量調整弁が用いられる。
An electromagnetic fuel opening / closing
改質部14には、アンモニアガス及び空気が導入される。改質部14は、基本的には、燃焼部15で発生した燃焼熱及び改質触媒14aによってアンモニアを水素及び窒素に分解する。具体的には、下記式のように、燃焼熱によりアンモニアの分解反応が起こり(吸熱反応)、水素がリッチな状態の改質ガスが生成される。なお、改質ガスには、少量のアンモニアが含まれていてもよい。
NH3→3/2H2+1/2N2 …(A)
Ammonia gas and air are introduced into the reforming
NH 3 → 3 / 2H 2 + 1 / 2N 2 (A)
燃焼部15は、アンモニアガス流路20(燃料ガス流路)を介して気化器5と接続されていると共に、空気流路21(第2酸化性ガス流路)を介して空気供給部6と接続されている。アンモニアガス流路20は、燃焼部15に供給されるアンモニアガスが流れる流路である。空気流路21は、燃焼部15に供給される空気が流れる流路である。
The
アンモニアガス流路20には、アンモニアガス流路20を開閉する電磁式の燃料開閉バルブ22が配設されている。空気流路21は、アンモニアガス流路20における燃料開閉バルブ22と燃焼部15との間の部分に接続されている。空気流路21には、電磁式の空気開閉バルブ23(第2開閉バルブ)が配設されている。燃料開閉バルブ22及び空気開閉バルブ23としては、例えば流量調整弁が用いられる。
An electromagnetic fuel opening / closing
燃焼部15には、アンモニアガス及び空気が導入される。燃焼部15は、燃焼触媒15aによってアンモニアを酸化させることで、燃焼熱を発生させる。具体的には、下記式のように、一部のアンモニアと空気中の酸素とが化学反応し、そのアンモニアの酸化反応により燃焼熱が発生する(発熱反応)。このような発熱反応により、窒素及び水を含む燃焼ガスが生成される。なお、燃焼ガスには、少量のアンモニアが含まれていてもよい。
NH3+3/4O2→1/2N2+3/2H2O …(B)
Ammonia gas and air are introduced into the
NH 3 + 3 / 4O 2 → 1 / 2N 2 + 3 / 2H 2 O (B)
ヒータ8は、改質器7を含む燃料電池システム1の起動時に、改質部14及び燃焼部15を加熱する。ヒータ8としては、例えば電熱ヒータ等が用いられる。なお、改質器7をヒータ8で直接加熱する代わりに、改質部14及び燃焼部15に供給されるアンモニアガスを加熱し、その熱で改質器7を加熱してもよい。
The heater 8 heats the reforming
アンモニア除去器9は、改質ガス流路24を介して改質部14と接続されている。改質ガス流路24は、改質部14により生成された改質ガスが流れる流路である。アンモニア除去器9は、改質ガス流路24を流れる改質ガスに含まれる燃料であるアンモニアを除去する燃料除去部である。アンモニア除去器9は、例えばアンモニアを吸着、吸蔵または選択酸化して除去する。なお、アンモニア除去器9は、アンモニアだけでなく水も除去してもよい。
The ammonia remover 9 is connected to the reforming
触媒10は、燃焼ガス流路25を介して燃焼部15と接続されている。燃焼ガス流路25は、燃焼部15により生成された燃焼ガスが流れる流路である。触媒10は、燃焼ガス流路25を流れる燃焼ガスに含まれる燃料であるアンモニアを除去する。触媒10としては、例えば白金(Pt)等が用いられる。触媒10によってアンモニアが除去された燃焼ガスは、大気中に排出される。
The
温度センサ11は、改質部14の温度を検出する温度検出部である。温度センサ11は、例えば改質触媒14aの温度を検出する。
The temperature sensor 11 is a temperature detection unit that detects the temperature of the reforming
制御ユニット12は、CPU、RAM、ROM及び入出力インターフェース等により構成されている。制御ユニット12は、温度センサ11の検出信号に基づいて所定の処理を行い、燃料開閉バルブ18,22及び空気開閉バルブ19,23を制御する開閉バルブ制御部である。制御ユニット12による具体的な制御処理については、後で詳述する。
The
燃料電池3は、改質ガス流路26を介してアンモニア除去器9と接続されていると共に、空気流路27を介して空気供給部6と接続されている。燃料電池3は、アンモニアが除去された改質ガスに含まれる水素と空気中の酸素とを化学反応させて、発電を行う。燃料電池3としては、例えば固体高分子型の燃料電池(PEFC:polymerelectrolyte fuel cell)が用いられる。なお、燃料電池3は、固体酸化物型またはアルカリ型の燃料電池等であってもよい。
The
図2は、制御ユニット12により実行される制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。なお、本処理は、イグニッションスイッチ(図示せず)がONされると、実行される。また、本処理の実行前は、燃料開閉バルブ18,22及び空気開閉バルブ19,23は、何れも閉じた状態となっている。
FIG. 2 is a flowchart showing details of the control processing procedure executed by the
図2において、制御ユニット12は、まず温度センサ11の検出値を取得する(手順S101)。続いて、制御ユニット12は、温度センサ11により検出された改質部14の温度が起動温度以上であるかどうかを判断する(手順S102)。起動温度は、改質器7が起動されて、改質部14及び燃焼部15においてアンモニアが空気と反応して燃焼可能になる温度である。起動温度は、例えば200℃程度である。
In FIG. 2, the
制御ユニット12は、改質部14の温度が起動温度以上でないと判断したときは、手順S101を再度実行する。制御ユニット12は、改質部14の温度が起動温度以上であると判断したときは、燃料開閉バルブ18,22及び空気開閉バルブ19,23を開くように制御する(手順S103)。これにより、改質器7の改質部14及び燃焼部15に、アンモニアガス及び空気がそれぞれ供給される。
When the
続いて、制御ユニット12は、温度センサ11の検出値を取得する(手順S104)。続いて、制御ユニット12は、温度センサ11により検出された改質部14の温度が定常動作温度(所定温度)以上であるかどうかを判断する(手順S105)。定常動作温度は、改質部14を定常動作させる温度である。定常動作温度は、起動温度よりも高い温度(例えば400℃〜500℃程度)である。
Then, the
制御ユニット12は、改質部14の温度が定常動作温度以上でないと判断したときは、手順S104を再度実行する。制御ユニット12は、改質部14の温度が定常動作温度以上であると判断したときは、空気開閉バルブ23を開いたまま空気開閉バルブ19を閉じるように制御する(手順S106)。これにより、燃焼部15への空気の供給は継続するが、改質部14への空気の供給は停止する。
When the
図3は、燃料電池システム1の動作を示すタイミング図である。図3において、イグニッションスイッチ(図示せず)がONされる(図中の時間t1参照)と、燃料電池システム1の運転が開始される。すると、ヒータ8により改質器7の改質部14及び燃焼部15が加熱されるため、改質部14及び燃焼部15の温度が上昇する。
FIG. 3 is a timing chart showing the operation of the
そして、改質部14の温度が起動温度に達する(図中の時間t2参照)と、燃料開閉バルブ18,22及び空気開閉バルブ19,23が開弁するため、改質部14及び燃焼部15にアンモニアガス及び空気がそれぞれ供給される。これにより、改質部14及び燃焼部15においてアンモニアの燃焼熱が発生するため、その燃焼熱により改質部14及び燃焼部15の温度が上昇する。このとき、燃焼部15で発生した燃焼熱が改質部14に供給されると共に、改質部14自体でも燃焼熱が発生するため、改質部14が直ちに昇温し、改質部14において改質が開始される。
When the temperature of the reforming
ここで、改質部14では、上記(A)式の吸熱反応だけでなく、上記(B)式の発熱反応も起こる。このため、改質ガス流路24には、N2、H2、未燃NH3及びH2Oを含む改質ガスが流れる。また、燃焼部15では発熱反応が起こるため、燃焼ガス流路25には、N2、未燃NH3及びH2Oを含む燃焼ガスが流れる。アンモニア除去器9では、改質ガスに含まれる未燃NH3及びH2Oが除去される。このため、燃料電池3には、N2及びH2を含む改質ガスが供給される。触媒10では、燃焼ガスに含まれる未燃NH3が除去される。このため、N2及びH2Oが大気中に放出される。
Here, in the reforming
その後、改質部14の温度が定常動作温度に達する(図中の時間t3参照)と、空気開閉バルブ23は開弁したままの状態であるが、空気開閉バルブ19は閉弁するため、改質部14への空気の供給が停止する。これにより、改質部14では、燃焼部15で発生した燃焼熱を受けて改質が継続される。
After that, when the temperature of the reforming
ここで、改質部14では、吸熱反応だけが起こる。このため、改質ガス流路24には、N2、H2及び未燃NH3を含む改質ガスが流れ、H2Oは流れなくなる。また、燃焼ガス流路25には、N2、未燃NH3及びH2Oを含む燃焼ガスが流れる。燃料電池3には、N2及びH2を含む改質ガスが供給される。また、N2及びH2Oが大気中に放出される。
Here, in the reforming
以上のように本実施形態にあっては、改質器7が起動されると、空気開閉バルブ19,23が開くため、改質器7の改質部14及び燃焼部15の両方に空気が供給される。このため、改質部14及び燃焼部15の何れにおいても、アンモニアガスが燃焼する。従って、燃焼部15で発生したアンモニアガスの燃焼熱が改質部14に供給され、改質部14の温度が上昇すると共に、改質部14自体で発生したアンモニアガスの燃焼熱によっても改質部14の温度が上昇する。これにより、改質部14は、燃焼部15で発生したアンモニアガスの燃焼熱と改質部14自体で発生した燃料ガスの燃焼熱とで改質を行う。その後、改質部14の温度が定常動作温度以上になると、空気開閉バルブ19が閉じるため、燃焼部15のみに空気が供給され、燃焼部15のみにおいてアンモニアガスが燃焼する。これにより、改質部14は、燃焼部15で発生したアンモニアガスの燃焼熱で改質を行う。このように改質器7の起動時には、燃焼部15で発生したアンモニアガスの燃焼熱が改質部14に供給されるだけでなく、改質部14自体でもアンモニアガスの燃焼熱が発生するため、改質部14が早期に昇温する。これにより、改質器7の起動時間を短縮することができる。
As described above, in the present embodiment, when the
また、本実施形態では、改質部14の温度を検出する温度センサ11を使用するので、改質部14の温度が定常動作温度以上であるかどうかを簡単に且つ正確に判断することができる。
Further, in the present embodiment, since the temperature sensor 11 that detects the temperature of the reforming
また、本実施形態では、改質システム2を燃料電池システム1に有効活用することができる。
Further, in the present embodiment, the reforming
図4は、本発明の第2実施形態に係る改質システムを備えた燃料電池システムを示す概略構成図である。図4において、本実施形態の改質システム2は、上記の第1実施形態における構成に加え、改質ガス流路24に配設された電磁式の切替バルブ30と、この切替バルブ30と燃焼ガス流路25とを接続する分岐流路31とを備えている。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a fuel cell system including a reforming system according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 4, the reforming
切替バルブ30は、改質ガスをアンモニア除去器9に供給するメイン経路と、改質ガスを触媒10に供給するサブ経路とを切り替えるバルブである。切替バルブ30としては、例えば三方弁が用いられる。
The switching
また、改質システム2は、上記の第1実施形態における制御ユニット12に代えて、制御ユニット32を備えている。制御ユニット32は、開閉バルブ制御部33と、切替バルブ制御部34とを有している。開閉バルブ制御部33は、温度センサ11の検出信号に基づいて所定の処理を行い、燃料開閉バルブ18,22及び空気開閉バルブ19,23を制御する。切替バルブ制御部34は、温度センサ11の検出信号に基づいて所定の処理を行い、切替バルブ30を制御する。
Further, the reforming
図5は、制御ユニット32により実行される制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。なお、本処理の実行前は、切替バルブ30はサブ経路に設定されている。
FIG. 5 is a flowchart showing details of the control processing procedure executed by the
図5において、制御ユニット32は、上記の制御ユニット12と同様に、図2に示された手順S101〜S105を実行する。そして、制御ユニット32は、手順S105で改質部14の温度が定常動作温度以上であると判断したときは、空気開閉バルブ23を開いたまま空気開閉バルブ19を閉じるように制御する(手順S106)。これにより、改質部14への空気の供給が停止する。
In FIG. 5, the
そして、制御ユニット32は、切替バルブ30をサブ経路からメイン経路に切り替えるように制御する(手順S107)。これにより、改質部14により生成された改質ガスが触媒10に供給される状態からアンモニア除去器9に供給される状態に切り替わる。
Then, the
以上において、手順S101〜S106は、開閉バルブ制御部33により実行される。手順S105,S107は、切替バルブ制御部34により実行される。
In the above, steps S101 to S106 are executed by the opening / closing
このような改質システム2においては、改質部14の温度が起動温度に達すると、燃料開閉バルブ18,22及び空気開閉バルブ19,23が開弁するため、改質部14及び燃焼部15にアンモニアガス及び空気がそれぞれ供給される。これにより、上述したように改質部14が直ちに昇温し、改質部14において改質が開始される。
In such a reforming
このとき、切替バルブ30は、サブ流路に設定されている。このため、N2、H2、未燃NH3及びH2Oを含む改質ガスは、改質ガス流路24から分岐流路31及び燃焼ガス流路25を通って触媒10に供給され、アンモニア除去器9に供給されることはない。従って、燃料電池3には改質ガスが供給されない。
At this time, the switching
その後、改質部14の温度が定常動作温度に達すると、空気開閉バルブ19が閉弁するため、改質部14への空気の供給が停止する。これにより、改質部14では、燃焼部15で発生した燃焼熱を受けて改質が継続される。
After that, when the temperature of the reforming
また、改質部14の温度が定常動作温度に達すると、切替バルブ30がサブ経路からメイン経路に切り替えられる。このため、N2、H2、未燃NH3及びH2Oを含む改質ガスは、改質ガス流路24を通ってアンモニア除去器9に供給される。そして、アンモニア除去器9において、改質ガスに含まれる未燃NH3が除去される。従って、燃料電池3には、N2及びH2を含む改質ガスが供給されるようになる。
Further, when the temperature of the reforming
以上のように本実施形態では、改質部14の温度が定常動作温度以上になるまでは、改質部14により生成された改質ガスが触媒10に供給され、アンモニア除去器9には改質ガスが供給されにくい。従って、アンモニア除去器9において除去されるアンモニアの総量が少なくなるため、アンモニア除去器9を小型化することができる。
As described above, in the present embodiment, the reformed gas generated by the reforming
なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば上記実施形態では、改質部14の温度を検出する温度センサ11が備えられているが、特にその形態には限られず、例えばアンモニアガスの流量、空気の流量、時間及び室温等から改質部14の温度を推定してもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above-described embodiment, the temperature sensor 11 that detects the temperature of the reforming
また、上記実施形態では、燃料開閉バルブ18,22及び空気開閉バルブ19,23としては、流量調整弁を用いているが、特にその形態には限られず、アンモニアガス及び空気の流路を開閉するだけであれば、ON/OFF弁を用いてもよい。
Further, in the above-described embodiment, the fuel on / off
また、上記実施形態では、酸化性ガスとして空気を使用しているが、特にその形態には限られず、酸化性ガスとして酸素を使用してもよい。 Further, in the above embodiment, air is used as the oxidizing gas, but the form is not particularly limited, and oxygen may be used as the oxidizing gas.
また、上記実施形態の改質システム2は、燃料電池システム1に適用されているが、本発明は、例えばアンモニアエンジンまたはアンモニアガスタービン等を備えたシステムにも適用可能である。
Further, although the reforming
また、上記実施形態では、燃料ガスとしてアンモニアガスを使用しているが、本発明は、燃料ガスとして炭化水素ガス等を使用した改質システムにも適用可能である。 Further, in the above embodiment, the ammonia gas is used as the fuel gas, but the present invention is also applicable to a reforming system using a hydrocarbon gas or the like as the fuel gas.
2…改質システム、3…燃料電池、7…改質器、9…アンモニア除去器(燃料除去部)、10…触媒、11…温度センサ(温度検出部)、12…制御ユニット(開閉バルブ制御部)、14…改質部、15…燃焼部、16…アンモニアガス流路(燃料ガス流路)、17…空気流路(第1酸化性ガス流路)、19…空気開閉バルブ(第1開閉バルブ)、20…アンモニアガス流路(燃料ガス流路)、21…空気流路(第2酸化性ガス流路)、23…空気開閉バルブ(第2開閉バルブ)、24…改質ガス流路、25…燃焼ガス流路、30…切替バルブ、33…開閉バルブ制御部、34…切替バルブ制御部。 2 ... Reforming system, 3 ... Fuel cell, 7 ... Reformer, 9 ... Ammonia remover (fuel removing section), 10 ... Catalyst, 11 ... Temperature sensor (temperature detecting section), 12 ... Control unit (open / close valve control) Part), 14 ... reforming part, 15 ... combustion part, 16 ... ammonia gas flow path (fuel gas flow path), 17 ... air flow path (first oxidizing gas flow path), 19 ... air opening / closing valve (first) Open / close valve), 20 ... Ammonia gas flow path (fuel gas flow path), 21 ... Air flow path (second oxidizing gas flow path), 23 ... Air open / close valve (second open / close valve), 24 ... Reformed gas flow Channel, 25 ... Combustion gas flow channel, 30 ... Switching valve, 33 ... Open / close valve control unit, 34 ... Switching valve control unit.
Claims (4)
前記改質部及び前記燃焼部に供給される前記燃料ガスが流れる燃料ガス流路と、
前記改質部に供給される酸化性ガスが流れる第1酸化性ガス流路と、
前記燃焼部に供給される酸化性ガスが流れる第2酸化性ガス流路と、
前記改質部により生成された前記改質ガスが流れる改質ガス流路と、
前記燃焼部により生成された前記燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路と、
前記第1酸化性ガス流路に配設され、前記第1酸化性ガス流路を開閉する第1開閉バルブと、
前記第2酸化性ガス流路に配設され、前記第2酸化性ガス流路を開閉する第2開閉バルブと、
前記第1開閉バルブ及び前記第2開閉バルブを制御する開閉バルブ制御部とを備え、
前記開閉バルブ制御部は、前記改質器が起動されると、前記第1開閉バルブ及び前記第2開閉バルブを開くように制御し、その後前記改質部の温度が所定温度以上になると、前記第1開閉バルブを閉じるように制御する改質システム。 A reforming unit that decomposes a fuel gas into hydrogen to produce a reformed gas containing the hydrogen, and a combustion unit that combusts the fuel gas to produce combustion gas and supplies combustion heat of the fuel gas to the reforming unit. A reformer having a combustion section for
A fuel gas channel through which the fuel gas supplied to the reforming section and the combustion section flows,
A first oxidizing gas flow path through which the oxidizing gas supplied to the reforming section flows,
A second oxidizing gas flow path through which the oxidizing gas supplied to the combustion section flows;
A reformed gas channel through which the reformed gas generated by the reforming section flows,
A combustion gas flow path in which the combustion gas generated by the combustion unit flows,
A first opening / closing valve which is disposed in the first oxidizing gas passage and opens and closes the first oxidizing gas passage;
A second opening / closing valve that is disposed in the second oxidizing gas passage and opens and closes the second oxidizing gas passage;
An opening / closing valve control unit that controls the first opening / closing valve and the second opening / closing valve,
The opening / closing valve control unit controls the first opening / closing valve and the second opening / closing valve to open when the reformer is activated, and then, when the temperature of the reforming unit becomes equal to or higher than a predetermined temperature, A reforming system that controls to close the first opening / closing valve.
前記開閉バルブ制御部は、前記温度検出部により検出された前記改質部の温度が前記所定温度以上になると、前記第1開閉バルブを閉じるように制御する請求項1に記載の改質システム。 Further comprising a temperature detection unit for detecting the temperature of the reforming unit,
The reforming system according to claim 1, wherein the opening / closing valve control unit controls to close the first opening / closing valve when the temperature of the reforming unit detected by the temperature detection unit becomes equal to or higher than the predetermined temperature.
前記燃焼ガス流路を流れる前記燃焼ガスに含まれる燃料を除去する触媒と、
前記改質ガス流路に配設され、前記改質ガスを前記燃料除去部に供給するメイン経路と前記改質ガスを前記触媒に供給するサブ経路とを切り替える切替バルブと、
前記切替バルブを制御する切替バルブ制御部とを更に備え、
前記切替バルブ制御部は、前記改質部の温度が前記所定温度以上になると、前記切替バルブを前記サブ経路から前記メイン経路に切り替えるように制御する請求項1または2記載の改質システム。 A fuel removal unit that removes fuel contained in the reformed gas flowing through the reformed gas flow path,
A catalyst for removing the fuel contained in the combustion gas flowing through the combustion gas passage,
A switching valve that is disposed in the reformed gas flow path and that switches between a main path that supplies the reformed gas to the fuel removal unit and a sub path that supplies the reformed gas to the catalyst;
Further comprising a switching valve control unit for controlling the switching valve,
The reforming system according to claim 1, wherein the switching valve control unit controls the switching valve to switch from the sub route to the main route when the temperature of the reforming unit becomes equal to or higher than the predetermined temperature.
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WO2022049870A1 (en) * | 2020-09-03 | 2022-03-10 | 株式会社豊田自動織機 | Reforming system |
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KR20220141943A (en) * | 2021-04-13 | 2022-10-21 | 대우조선해양 주식회사 | Fuel cell generation system and vessel including the same |
KR20220148374A (en) * | 2021-04-28 | 2022-11-07 | 대우조선해양 주식회사 | Fuel cell generation system and vessel including the same |
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- 2018-10-31 JP JP2018205680A patent/JP2020070213A/en active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022049870A1 (en) * | 2020-09-03 | 2022-03-10 | 株式会社豊田自動織機 | Reforming system |
KR20220141943A (en) * | 2021-04-13 | 2022-10-21 | 대우조선해양 주식회사 | Fuel cell generation system and vessel including the same |
KR102506742B1 (en) * | 2021-04-13 | 2023-03-08 | 대우조선해양 주식회사 | Fuel cell generation system and vessel including the same |
KR102453315B1 (en) * | 2021-04-28 | 2022-10-12 | 대우조선해양 주식회사 | Fuel cell generation system and vessel including the same |
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