JP2020200211A - Hydrogen production apparatus and its operation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、改質器とCO低減器を用いて、炭化水素系の原料から水素含有ガスを生成する水素生成装置と、その水素含有ガスから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、を備える水素製造装置と、その運転方法に関するものである。 The present invention uses a reformer and a CO reducer to generate a hydrogen-containing gas from a hydrocarbon-based raw material, and an electrochemical device that generates purified hydrogen gas having high hydrogen purity from the hydrogen-containing gas. The present invention relates to a hydrogen production apparatus including the above, and an operation method thereof.
水素製造装置は、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(分離)する装置である。この水素製造装置は、例えば、水素イオンを選択的に輸送(透過)する電解質膜をアノードとカソードとで挟んだ構成の電解質膜−電極接合体(MEA)を、一対のセパレータによって挟持した電気化学デバイスを備えている。 The hydrogen production device is a device that produces (separates) purified hydrogen gas having a higher hydrogen purity than the hydrogen-containing gas by utilizing an electrochemical reaction from the hydrogen-containing gas. In this hydrogen production apparatus, for example, an electrolyte membrane-electrode assembly (MEA) having a structure in which an electrolyte membrane that selectively transports (permeates) hydrogen ions is sandwiched between an anode and a cathode is sandwiched between a pair of separators. Equipped with a device.
そして、アノードに水素含有ガスを供給するとともに、アノードの電位をカソードの電位よりも高くして、アノードから電解質膜を介してカソードに電流を流すことで、アノードでは、(化1)に示す、水素が水素イオンと電子とに解離する酸化反応が、カソードでは、(化2)に示す、水素イオンと電子とが結合して水素になる還元反応が、それぞれ起こる。 Then, the hydrogen-containing gas is supplied to the anode, the potential of the anode is made higher than the potential of the cathode, and a current is passed from the anode to the cathode through the electrolyte membrane. An oxidation reaction in which hydrogen dissociates into hydrogen ions and electrons occurs, and a reduction reaction in which hydrogen ions and electrons combine to form hydrogen, as shown in (Chemical Formula 2), occurs at the cathode.
この電気化学デバイスに供給される水素含有ガスは、例えば、燃料処理器(改質器)を有する水素生成装置によって炭化水素系の原料(例えば13Aガスや液化石油ガスなど)を改質(水蒸気改質や部分酸化改質)して生成される(例えば、特許文献1参照)。このようにして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 supplied to this electrochemical device reforms hydrocarbon-based raw materials (for example, 13A gas, liquefied petroleum gas, etc.) by a hydrogen generator having a fuel processor (reformer) (steam reforming). It is produced by quality or partial oxidation reforming (see, for example, Patent Document 1). The hydrogen-containing gas produced in this way contains impurities such as carbon dioxide, methane, nitrogen, carbon monoxide, and water vapor.
改質器から生成される水素含有ガスには、水素と同時に生成される一酸化炭素(CO)が含まれるため、固体高分子形燃料電池などの一酸化炭素によって被毒する材料を用いた機器に水素含有ガスを供給する場合は、改質器の後段にCO低減器を設けて、CO低減器によって水素含有ガスのCO濃度を低減している。 Since the hydrogen-containing gas generated from the reformer contains carbon monoxide (CO) generated at the same time as hydrogen, equipment using a material poisoned by carbon monoxide such as a solid polymer fuel cell. When the hydrogen-containing gas is supplied to the hydrogen-containing gas, a CO-reducing device is provided after the reformer, and the CO concentration of the hydrogen-containing gas is reduced by the CO-reducing device.
改質器およびCO低減器をそれぞれの反応に適切な温度にするため、改質器およびCO低減器を加熱器で加熱している。加熱器としては、改質器から排出され燃料電池で利用されなかった可燃ガスを含むオフガスや、炭化水素の燃料を燃焼させたときに発生する熱で改質器とCO低減器の両方を加熱する燃焼器(バーナー)が一般的に用いられる。 In order to bring the reformer and the CO reducer to a temperature suitable for each reaction, the reformer and the CO reducer are heated by a heater. As a heater, both the reformer and the CO reducer are heated by off-gas including combustible gas discharged from the reformer and not used in the fuel cell, and heat generated when burning hydrocarbon fuel. A combustor (burner) is generally used.
通常、改質器の温度は約700℃に、CO低減器の温度は約300℃にすることが一般的である。このように改質器とCO低減器の温度を、それぞれの触媒の反応に最適な温度に保つために、加熱器は最も温度を高くする必要がある改質部の近傍に設置し、起動時の
改質器とCO低減器の昇温にも加熱器を用いている。
Generally, the temperature of the reformer is about 700 ° C. and the temperature of the CO reducer is about 300 ° C. In this way, in order to keep the temperature of the reformer and CO reducer at the optimum temperature for the reaction of each catalyst, the heater is installed near the reformer where the temperature needs to be the highest, and at startup. A heater is also used to raise the temperature of the reformer and CO reducer.
また、CO低減器は改質器に比べて加熱器による昇温に時間が掛かるため、CO低減器に専用の起動用ヒーターを設けることも提案されている(例えば、特許文献2参照)。 Further, since the CO reducer takes longer to raise the temperature by the heater than the reformer, it has been proposed to provide the CO reducer with a dedicated starter heater (see, for example, Patent Document 2).
しかしながら、特許文献2に開示された水素生成装置では、改質器に比べて加熱器による昇温に時間が掛かるCO低減器に専用の起動用ヒーターを設けたことによって、水素生成装置の起動時間は短縮できたが、水素生成装置の構成が複雑になり、水素生成装置のコストが高くなり、起動用ヒーターを動作させるためのエネルギーが必要となるという課題があった。 However, in the hydrogen generator disclosed in Patent Document 2, the start-up time of the hydrogen generator is increased by providing a dedicated start-up heater in the CO-reducer, which takes longer to raise the temperature by the heater than the reformer. However, there is a problem that the configuration of the hydrogen generator becomes complicated, the cost of the hydrogen generator becomes high, and energy for operating the starter heater is required.
そこで、CO低減器に専用の起動用ヒーターを設けずに、起動時に、原料を改質器に流しつつ、改質器とCO低減器の両方を加熱器で、水素生成動作時よりも加熱量を多くして加熱昇温すると、CO低減器の温度が、原料と水蒸気とを流通させた場合のCO低減器における露点に達する前に、改質器の温度が炭素析出を生じる温度に達してしまう。 Therefore, instead of providing a dedicated starter heater in the CO reducer, the amount of heating is higher than in the hydrogen generation operation by using a heater for both the reformer and the CO reducer while flowing the raw material to the reformer at the time of start-up. When the temperature is increased by heating and raising the temperature, the temperature of the reformer reaches the temperature at which carbon precipitation occurs before the temperature of the CO reducer reaches the dew point in the CO reducer when the raw material and steam are circulated. It ends up.
そのため、改質器の温度が炭素析出を生じる温度を超えないように、改質器の温度が炭素析出を生じる温度に達したら所定条件を満たすまで加熱器を停止し、加熱器の停止中に所定条件を満たしたら加熱器の加熱動作を再開するということが繰り返されるように、加熱器を間欠動作させて、CO低減器の温度を原料と水蒸気とを流通させた場合のCO低減器における露点にまで昇温することになる。 Therefore, when the temperature of the reformer reaches the temperature at which carbon precipitation occurs, the heater is stopped until a predetermined condition is satisfied so that the temperature of the reformer does not exceed the temperature at which carbon precipitation occurs, and the heater is stopped while the heater is stopped. The dew point in the CO reducer when the heater is operated intermittently and the temperature of the CO reducer is changed between the raw material and steam so that the heating operation of the heater is restarted when the predetermined conditions are satisfied. The temperature will rise to.
しかしながら、改質器の過昇温を抑えるために、加熱器の加熱動作を停止している時には、CO低減器の温度上昇も抑制されるため、改質器とCO低減器の両方を反応に適した温度に昇温する時間を短縮させる目的で加熱器の加熱量を増加させても、加熱器の加熱動作とその停止とを繰返す回数が増えるだけで、起動に掛かる時間を十分に短縮できないという課題を有していた。 However, in order to suppress the overheating of the reformer, when the heating operation of the heater is stopped, the temperature rise of the CO reducer is also suppressed, so that both the reformer and the CO reducer are reacted. Even if the heating amount of the heater is increased for the purpose of shortening the time for raising the temperature to a suitable temperature, the number of times the heating operation of the heater and its stop are repeated only increases, and the time required for starting cannot be sufficiently shortened. Had the problem.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、CO低減器に専用の起動用ヒーターを設けることなく、水素製造装置の起動時間を短縮することができる水素製造装置およびその運転方法を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and provides a hydrogen production apparatus and an operation method thereof capable of shortening the activation time of the hydrogen production apparatus without providing a dedicated activation heater in the CO reducer. The purpose is.
前記従来の課題を解決するために、本発明の水素製造装置は、電解質膜をアノードとカソードとの間に有し、アノードに水素含有ガスを供給するとともに、アノードとカソードとの間に所定方向の電流を流すことで、カソードにおいて精製水素ガスを生成する電気化学デバイスと、アノードとカソードとの間に電流を流す電源と、炭化水素系の原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器と、改質器で生成されアノードに供給される水素含有ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を低減させるCO低減器と、原料供給流路を介して改質器に原料を供給する原料供給器と、改質器及びCO低減器を加熱する加熱器と、精製水素ガスを水素利用機器に供給するための精製水素ガス流路と、精製水素ガス流路を開閉可能に精製水素ガス流路に設けられた精製水素ガス流路開閉弁と、精製水素ガス流路における精製水素ガス流路開閉弁よりも上流側の流路から分岐して原料供給流路に合流する還流流
路と、還流流路を開閉可能に還流流路に設けられ還流流路開閉弁と、制御器と、を備えた水素製造装置であって、制御器が、原料供給器と電源と加熱器とが、それぞれ動作することにより水素製造装置が水素製造動作をしているときは、還流流路開閉弁の閉状態と精製水素ガス流路開閉弁の開状態とを維持して、水素製造装置の水素製造動作を停止するときに、原料供給器と電源と加熱器のそれぞれの動作を停止させるとともに、精製水素ガス流路開閉弁を閉状態にし、水素製造動作を再開するときに、原料供給器を動作させる前に、精製水素ガス流路開閉弁が閉状態、且つ還流流路開閉弁が開状態で、電源と加熱器を動作させるものである。
In order to solve the above-mentioned conventional problems, the hydrogen production apparatus of the present invention has an electrolyte membrane between the anode and the cathode, supplies hydrogen-containing gas to the anode, and has a predetermined direction between the anode and the cathode. An electrochemical device that generates purified hydrogen gas at the cathode, a power source that allows current to flow between the anode and the cathode, and a modification that reforms hydrocarbon-based raw materials to generate hydrogen-containing gas. A pawnbroker, a CO reducer that reduces the concentration of carbon monoxide contained in the hydrogen-containing gas generated by the reformer and supplied to the anode, and a raw material that supplies the raw material to the reformer via the raw material supply flow path. A feeder, a heater that heats a reformer and a CO reducer, a purified hydrogen gas flow path for supplying purified hydrogen gas to a hydrogen utilization device, and a refined hydrogen gas flow that can open and close the purified hydrogen gas flow path. A refined hydrogen gas flow path on-off valve provided in the path, and a return flow path that branches from the flow path on the upstream side of the refined hydrogen gas flow path on-off valve in the refined hydrogen gas flow path and joins the raw material supply flow path. A hydrogen production device provided with a recirculation flow path on-off valve and a controller, which are provided in the recirculation flow path so as to be able to open and close the recirculation flow path. The controller is a raw material supply device, a power source, and a heater, respectively. When the hydrogen production device is operating to produce hydrogen by operating, the hydrogen production operation of the hydrogen production device is maintained by maintaining the closed state of the recirculation flow path on-off valve and the open state of the purified hydrogen gas flow path on-off valve. When the operation of the raw material supply device, the power supply, and the heater is stopped, the refined hydrogen gas flow path on-off valve is closed, and when the hydrogen production operation is restarted, the raw material supply device is operated. Previously, the power supply and the heater are operated with the purified hydrogen gas flow path on-off valve closed and the recirculation flow path on-off valve open.
上記構成の水素製造装置は、水素製造動作を再開するときに、水素製造装置の内部に残っている水素含有ガスと精製水素ガスの水素ガスを、還流流路と、水素ポンプとして機能する電気化学デバイスとにより、循環させながら、加熱器で、改質器とCO低減器を加熱する。 The hydrogen production device having the above configuration uses the hydrogen gas of the hydrogen-containing gas and the purified hydrogen gas remaining inside the hydrogen production device as a recirculation flow path and an electrochemical function as a hydrogen pump when the hydrogen production operation is restarted. The reformer and the CO reducer are heated by the heater while circulating by the device.
したがって、改質器とCO低減器の昇温用ガスに、水素ガスを用いるので、改質器とCO低減器の昇温時に、改質器の温度を、改質器で炭素析出が起こる温度にならないように加熱器を動作させる必要が無いために、加熱器を連続的に動作させて、水素製造動作を再開する場合の起動時間を従来よりも短縮することができる。そのため、稼働率を向上した水素製造装置を提供することができる。 Therefore, since hydrogen gas is used as the heating gas of the reformer and the CO reducer, the temperature of the reformer is set to the temperature at which carbon precipitation occurs in the reformer when the temperature of the reformer and the CO reducer is raised. Since it is not necessary to operate the heater so as not to cause the problem, the start-up time when the heater is continuously operated and the hydrogen production operation is restarted can be shortened as compared with the conventional case. Therefore, it is possible to provide a hydrogen production apparatus having an improved operating rate.
本発明は、水素製造動作を再開するときに、水素製造装置の内部に残っている水素含有ガスと精製水素ガスの水素ガスを、還流流路と、水素ポンプとして機能する電気化学デバイスとにより、循環させながら、加熱器で、改質器とCO低減器を加熱する。 According to the present invention, when the hydrogen production operation is restarted, the hydrogen gas of the hydrogen-containing gas and the purified hydrogen gas remaining inside the hydrogen production apparatus is separated by a recirculation flow path and an electrochemical device functioning as a hydrogen pump. The reformer and the CO reducer are heated by the heater while circulating.
したがって、改質器とCO低減器の昇温用ガスに、水素ガスを用いるので、改質器とCO低減器の昇温時に、改質器の温度を、改質器で炭素析出が起こる温度にならないように加熱器を動作させる必要が無いために、加熱器を連続的に動作させて、水素製造動作を再開する場合の起動時間を従来よりも短縮することができる。そのため、稼働率を向上した水素製造装置を提供することができる。 Therefore, since hydrogen gas is used as the heating gas of the reformer and the CO reducer, the temperature of the reformer is set to the temperature at which carbon precipitation occurs in the reformer when the temperature of the reformer and the CO reducer is raised. Since it is not necessary to operate the heater so as not to cause the problem, the start-up time when the heater is continuously operated and the hydrogen production operation is restarted can be shortened as compared with the conventional case. Therefore, it is possible to provide a hydrogen production apparatus having an improved operating rate.
第1の発明は、電解質膜をアノードとカソードとの間に有し、アノードに水素含有ガスを供給するとともに、アノードとカソードとの間に所定方向の電流を流すことで、カソードにおいて精製水素ガスを生成する電気化学デバイスと、アノードとカソードとの間に電流を流す電源と、炭化水素系の原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器と、改質器で生成されアノードに供給される水素含有ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を低減させるCO低減器と、原料供給流路を介して改質器に原料を供給する原料供給器と、改質器及びCO低減器を加熱する加熱器と、精製水素ガスを水素利用機器に供給するための精製水素ガス流路と、精製水素ガス流路を開閉可能に精製水素ガス流路に設けられた精製水素ガス流路開閉弁と、精製水素ガス流路における精製水素ガス流路開閉弁よりも上流側の流路から分岐して原料供給流路に合流する還流流路と、還流流路を開閉可能に還流流路に設けら
れ還流流路開閉弁と、制御器と、を備えた水素製造装置であって、制御器が、原料供給器と電源と加熱器とが、それぞれ動作することにより、水素製造装置が水素製造動作をしているときは、還流流路開閉弁の閉状態と精製水素ガス流路開閉弁の開状態とを維持し、水素製造装置の水素製造動作を停止するときに、原料供給器と電源と加熱器のそれぞれの動作を停止させるとともに、精製水素ガス流路開閉弁を閉状態にし、水素製造動作を再開するときに、原料供給器を動作させる前に、精製水素ガス流路開閉弁が閉状態、且つ還流流路開閉弁が開状態で、電源と加熱器を動作させることを特徴とする。
The first invention has an electrolyte membrane between an anode and a cathode, supplies a hydrogen-containing gas to the anode, and allows a current in a predetermined direction to flow between the anode and the cathode to purify hydrogen gas at the cathode. A power supply that allows current to flow between the anode and cathode, a reformer that reforms hydrocarbon-based raw materials to generate hydrogen-containing gas, and a reformer that produces hydrogen-containing gas. A CO reducer that reduces the concentration of carbon monoxide contained in the supplied hydrogen-containing gas, a raw material supply device that supplies raw materials to the reformer via the raw material supply flow path, a reformer, and a CO reducer. A heater for heating, a purified hydrogen gas flow path for supplying purified hydrogen gas to a hydrogen utilization device, and a refined hydrogen gas flow path on-off valve provided in the purified hydrogen gas flow path so that the purified hydrogen gas flow path can be opened and closed. A recirculation flow path that branches from the flow path on the upstream side of the purification hydrogen gas flow path on-off valve in the refined hydrogen gas flow path and joins the raw material supply flow path, and a recirculation flow path that can be opened and closed are provided in the recirculation flow path. It is a hydrogen production device provided with a recirculation flow path on-off valve and a controller. The controller operates the raw material supply device, the power supply, and the heater, respectively, so that the hydrogen production device operates to produce hydrogen. When the flow path on-off valve is closed and the refined hydrogen gas flow path on-off valve is open, and the hydrogen production operation of the hydrogen production device is stopped, the raw material supply and power supply are used. When each operation of the heater is stopped, the refined hydrogen gas flow path on-off valve is closed, and the hydrogen production operation is restarted, the refined hydrogen gas flow-off valve is closed before the raw material feeder is operated. It is characterized in that the power supply and the heater are operated in the state and the return flow path on-off valve is in the open state.
上記構成の水素製造装置は、水素製造動作を再開するときに、水素製造装置の内部に残っている水素含有ガスと精製水素ガスの水素ガスを、還流流路と、水素ポンプとして機能する電気化学デバイスとにより、循環させながら、加熱器で、改質器とCO低減器を加熱する。 The hydrogen production device having the above configuration uses the hydrogen gas of the hydrogen-containing gas and the purified hydrogen gas remaining inside the hydrogen production device as a recirculation flow path and an electrochemical function as a hydrogen pump when the hydrogen production operation is restarted. The reformer and the CO reducer are heated by the heater while circulating by the device.
したがって、改質器とCO低減器の昇温用ガスに、水素ガスを用いるので、改質器とCO低減器の昇温時に、改質器の温度を、改質器で炭素析出が起こる温度にならないように加熱器を動作させる必要が無いために、加熱器を連続的に動作させて、水素製造動作を再開する場合の起動時間を従来よりも短縮することができる。そのため、稼働率を向上した水素製造装置を提供することができる。 Therefore, since hydrogen gas is used as the heating gas of the reformer and the CO reducer, the temperature of the reformer is set to the temperature at which carbon precipitation occurs in the reformer when the temperature of the reformer and the CO reducer is raised. Since it is not necessary to operate the heater so as not to cause the problem, the start-up time when the heater is continuously operated and the hydrogen production operation is restarted can be shortened as compared with the conventional case. Therefore, it is possible to provide a hydrogen production apparatus having an improved operating rate.
第2の発明は、特に、第1の発明に加えて、精製水素ガス流路開閉弁よりも上流側の精製水素ガス流路または還流流路開閉弁よりも上流側の還流流路に連通する水素貯蔵器を備えることを特徴とする。 In particular, in addition to the first invention, the second invention communicates with the purified hydrogen gas flow path on the upstream side of the purified hydrogen gas flow path on-off valve or the recirculation flow path on the upstream side of the recirculation flow path on-off valve. It is characterized by being provided with a hydrogen reservoir.
これによって、水素製造装置が水素製造動作を停止するまでに、水素貯蔵器に貯めておいた精製水素ガスも、水素製造動作を再開するときに、原料供給器を動作させる前に、還流流路を利用して循環させることができるので、水素貯蔵器が無い場合よりも、精製水素ガスの循環流量を増やすことができるとともに、水素貯蔵器が無い場合よりも、循環するガスの水素の濃度が高くなるので、精製水素ガスが循環する直前において、原料供給流路と改質器に原料が残っている場合であっても、改質器が高温に加熱される前に、原料供給流路と改質器に残っていた原料を改質器から排出できる可能性が高くなり、熱媒体となる精製水素ガスの循環流量が増えることにより、CO低減器の温度上昇が速くなるので、水素製造動作を再開する場合の起動時間を更に短縮することができる。 As a result, the purified hydrogen gas stored in the hydrogen storage until the hydrogen production device stops the hydrogen production operation is also a reflux flow path before the raw material supply device is operated when the hydrogen production operation is restarted. Since it can be circulated using hydrogen, the circulating flow rate of purified hydrogen gas can be increased compared to the case without a hydrogen storage, and the concentration of hydrogen in the circulating gas is higher than that without a hydrogen storage. Since it becomes high, even if the raw material remains in the raw material supply flow path and the reformer immediately before the purified hydrogen gas circulates, it becomes the raw material supply flow path before the reformer is heated to a high temperature. There is a high possibility that the raw materials remaining in the reformer can be discharged from the reformer, and the circulating flow rate of purified hydrogen gas as a heat medium increases, so that the temperature of the CO reducer rises faster, so hydrogen production operation The start-up time when restarting can be further shortened.
第3の発明は、特に、第2の発明に加えて、アノードに供給された水素含有ガスのうちでカソードに移動しないガスをアノードから排出するためのオフガス流路と、オフガス流路を開閉可能にオフガス流路に設けられ、水素製造装置が水素製造動作をしているときは開状態を維持し、水素製造装置が水素製造動作を停止しているときは閉状態を維持するオフガス流路開閉弁と、を備え、制御器が、水素製造動作を再開するときに、オフガス流路開閉弁を開状態にして、電源と加熱器を動作させることを特徴とする。 In the third invention, in particular, in addition to the second invention, an off-gas flow path for discharging a hydrogen-containing gas supplied to the anode that does not move to the cathode from the anode and an off-gas flow path can be opened and closed. Off-gas flow path opening and closing, which is provided in the off-gas flow path and maintains an open state when the hydrogen production device is operating hydrogen production, and maintains a closed state when the hydrogen production device is stopped in hydrogen production operation. A valve is provided, and when the controller restarts the hydrogen production operation, the off-gas flow path on-off valve is opened to operate the power supply and the heater.
これによって、水素製造動作を再開するときに、アノードのガスに含まれる水素以外の不純物を、オフガス流路を使って外部に放出することができ、アノードに不純物が蓄積することによる電気化学デバイスの性能劣化を抑制できる。 As a result, when the hydrogen production operation is restarted, impurities other than hydrogen contained in the gas of the anode can be released to the outside using the off-gas flow path, and the impurities are accumulated in the anode to cause the electrochemical device. Performance deterioration can be suppressed.
なお、精製水素ガスを循環させているときに、オフガス流路から外部に不純物を多く含む水素含有ガスが放出されるが、還流流路内の精製水素ガスの圧力が水素貯蔵器内の精製水素ガスの圧力よりも低下すると、水素貯蔵器から循環用の精製水素ガスが還流流路に補充されるので、オフガス流路から放出されるガス量に対して水素貯蔵器に貯える精製水素ガスの量を充分な量に(水素貯蔵器の容積を充分な容積に)しておけば、循環用の精製水素ガスが不足する虞はない。 When the purified hydrogen gas is circulated, a hydrogen-containing gas containing a large amount of impurities is released from the off-gas flow path to the outside, but the pressure of the purified hydrogen gas in the recirculation flow path is the purified hydrogen in the hydrogen storage. When the pressure drops below the gas pressure, the reflux channel is replenished with purified hydrogen gas for circulation from the hydrogen reservoir, so the amount of purified hydrogen gas stored in the hydrogen reservoir relative to the amount of gas released from the off-gas channel. If the amount is sufficient (the volume of the hydrogen reservoir is sufficient), there is no risk of running out of purified hydrogen gas for circulation.
第4の発明は、特に、第3の発明において、加熱器はオフガス流路から供給されたガスを燃焼するように構成されていることを特徴とする。 The fourth invention is characterized in that, in particular, in the third invention, the heater is configured to burn the gas supplied from the off-gas flow path.
これによって、アノードからオフガス流路に排出するガスを、加熱器の燃料として有効活用でき、そのようにしない場合に比べて、水素製造装置のエネルギー効率を向上させることができる。 As a result, the gas discharged from the anode to the off-gas flow path can be effectively used as fuel for the heater, and the energy efficiency of the hydrogen production apparatus can be improved as compared with the case where this is not done.
第5の発明は、電解質膜をアノードとカソードとの間に有し、アノードに水素含有ガスを供給するとともに、アノードとカソードとの間に所定方向の電流を流すことで、カソードにおいて精製水素ガスを生成する電気化学デバイスと、アノードとカソードとの間に電流を流す電源と、炭化水素系の原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器と、改質器で生成されアノードに供給される水素含有ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を低減させるCO低減器と、原料供給流路を介して改質器に原料を供給する原料供給器と、改質器及びCO低減器を加熱する加熱器と、精製水素ガスを水素利用機器に供給するための精製水素ガス流路と、精製水素ガス流路を開閉可能に精製水素ガス流路に設けられた精製水素ガス流路開閉弁と、精製水素ガス流路における精製水素ガス流路開閉弁よりも上流側の流路から分岐して原料供給流路に合流する還流流路と、還流流路を開閉可能に還流流路に設けられ還流流路開閉弁と、を備えた水素製造装置の運転方法であって、原料供給器と電源と加熱器とが、それぞれ動作することにより、水素製造装置が水素製造動作をしているときには、還流流路開閉弁の閉状態と精製水素ガス流路開閉弁の開状態とを維持し、水素製造装置の水素製造動作を停止するときに、原料供給器と電源と加熱器のそれぞれの動作を停止させるとともに、精製水素ガス流路開閉弁を閉状態にし、水素製造動作を再開するときには、原料供給器を動作させる前に、精製水素ガス流路開閉弁が閉状態、且つ還流流路開閉弁が開状態で、電源と加熱器を動作させることを特徴とする。 A fifth invention has an electrolyte membrane between an anode and a cathode, supplies a hydrogen-containing gas to the anode, and allows a current in a predetermined direction to flow between the anode and the cathode to purify hydrogen gas at the cathode. A power supply that allows current to flow between the anode and cathode, a reformer that reforms hydrocarbon-based raw materials to generate hydrogen-containing gas, and a reformer that produces hydrogen-containing gas. A CO reducer that reduces the concentration of carbon monoxide contained in the supplied hydrogen-containing gas, a raw material supply device that supplies raw materials to the reformer via the raw material supply flow path, a reformer, and a CO reducer. A heater for heating, a purified hydrogen gas flow path for supplying purified hydrogen gas to a hydrogen utilization device, and a refined hydrogen gas flow path on-off valve provided in the purified hydrogen gas flow path so that the purified hydrogen gas flow path can be opened and closed. A recirculation flow path that branches from the flow path on the upstream side of the refined hydrogen gas flow path on-off valve in the refined hydrogen gas flow path and joins the raw material supply flow path, and a recirculation flow path that can be opened and closed are provided in the recirculation flow path. When the hydrogen production apparatus is operating hydrogen production by operating the raw material supply device, the power supply, and the heater, respectively, in the operation method of the hydrogen production apparatus provided with the return flow path on-off valve. When the closed state of the recirculation flow path on-off valve and the open state of the purified hydrogen gas flow path on-off valve are maintained and the hydrogen production operation of the hydrogen production device is stopped, the operation of the raw material supply device, the power supply, and the heater, respectively. When the refined hydrogen gas flow path on-off valve is closed and the hydrogen production operation is restarted, the refined hydrogen gas flow path on-off valve is closed and the recirculation flow path is opened and closed before the raw material feeder is operated. It is characterized in that the power supply and the heater are operated with the valve open.
上記運転方法で運転される水素製造装置は、水素製造動作を再開するときに、水素製造装置の内部に残っている水素含有ガスと精製水素ガスの水素ガスを、還流流路と、水素ポンプとして機能する電気化学デバイスとにより、循環させながら、加熱器で、改質器とCO低減器を加熱する。 When the hydrogen production apparatus operated by the above operation method restarts the hydrogen production operation, the hydrogen gas of the hydrogen-containing gas and the purified hydrogen gas remaining inside the hydrogen production apparatus is used as a recirculation flow path and a hydrogen pump. A functioning electrochemical device heats the reformer and the CO reducer with a heater while circulating.
したがって、改質器とCO低減器の昇温用ガスに、水素ガスを用いるので、改質器とCO低減器の昇温時に、改質器の温度を、改質器で炭素析出が起こる温度にならないように加熱器を動作させる必要が無いために、加熱器を連続的に動作させて、水素製造動作を再開する場合の起動時間を従来よりも短縮することができる。そのため、水素製造装置の稼働率を向上することができる。 Therefore, since hydrogen gas is used as the heating gas of the reformer and the CO reducer, the temperature of the reformer is set to the temperature at which carbon precipitation occurs in the reformer when the temperature of the reformer and the CO reducer is raised. Since it is not necessary to operate the heater so as not to cause the problem, the start-up time when the heater is continuously operated and the hydrogen production operation is restarted can be shortened as compared with the conventional case. Therefore, the operating rate of the hydrogen production apparatus can be improved.
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、本発明の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 of the present invention.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における水素製造装置の構成を示すブロック図である。図2は、本発明の実施の形態1における水素製造装置の水素製造動作を再開するときの動作を示すフローチャートである。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a hydrogen production apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a flowchart showing an operation when restarting the hydrogen production operation of the hydrogen production apparatus according to the first embodiment of the present invention.
図1に示すように、本実施の形態の水素製造装置100は、水素生成装置10と、原料供給器13と、水供給器14と、電気化学デバイス20と、電源30と、原料供給流路40と、水供給流路41と、水素含有ガス流路42と、オフガス流路43と、還流流路44と、精製水素ガス流路45と、オフガス流路開閉弁52と、還流流路開閉弁53と、精製水素ガス流路開閉弁54と、制御器80と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the
水素生成装置10は、改質器11と、加熱器12と、改質器温度検知器15と、CO低減器16と、CO低減器温度検知器17と、を備えている。
The
改質器11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。改質器11の内部には改質触媒(図示せず)が搭載さている。
The
CO低減器16は、改質器11で生成された水素含有ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を変成反応により低減する。CO低減器16の内部には、変成触媒(図示せず)が搭載されている。
The
加熱器12は、燃料と空気を混合して燃焼させることで、改質器11とCO低減器16とを加熱する。また、加熱器12の燃料には、メタンを主成分とする都市ガスを用いた。
The
改質器温度検知器15は、改質器11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
CO低減器温度検知器17は、CO低減器16に搭載されている変成触媒の温度を検出するサーミスタである。
The CO
原料供給器13は、都市ガスを、原料供給流路40を介して改質器11に供給するガス用ポンプである。原料供給器13は、原料供給動作を停止している時には、原料供給流路40内のガスが原料供給器13を逆流しないように構成されている。
The raw
水供給器14は、水を、水供給流路41を介して、改質器11に供給する水用ポンプである。
The
電気化学デバイス20は、電解質膜21と、電解質膜21の一方の主面に配置されたアノード22と、電解質膜21の他方の主面に配置されたカソード23と、を備えている。
The
電解質膜21は、水素イオンを選択的に輸送(透過)する高分子膜である。
The
アノード22は、電解質膜21の一方の主面に結合されて、水素が水素イオンと電子とに解離する酸化反応を起こすアノード電極と、アノード入口とアノード出口との間に、アノード電極に供給する水素含有ガスの流路が形成されたアノードセパレータと、で構成されている。
The
カソード23は、電解質膜21の他方の主面に結合されて、水素イオンと電子とが結合して水素になる還元反応を起こすカソード電極と、還元反応によりカソード電極で生成された精製水素ガスをカソード出口に排出する精製水素ガスの流路が形成されたカソードセパレータと、で構成されている。
The
電源30は、アノード22の電位をカソード23の電位よりも高くして、アノード22から電解質膜21を経由してカソード23へと電流を流す直流電源である。電源30のプラス側端子はアノード22に電気的に接続され、電源30のマイナス側端子はカソード23に電気的に接続されている。
The
水素含有ガス流路42は、水素生成装置10の出口とアノード22のアノード入口とを
接続して、水素生成装置10で生成された水素含有ガスをアノード22に供給する流路である。
The hydrogen-containing
オフガス流路43は、一端がアノード22のアノード出口に接続され、アノード22から余分な水素含有ガスを外部へ排出するための流路である。
The off-
オフガス流路開閉弁52は、オフガス流路43上に設けられ、オフガス流路43を開閉する電磁弁である。
The off-gas flow path on-off
精製水素ガス流路45は、カソード23のカソード出口と水素利用機器90とを接続して、カソード23から排出される精製水素ガスを、水素利用機器90に供給する流路である。
The purified hydrogen
精製水素ガス流路開閉弁54は、精製水素ガス流路45上に設けられ、精製水素ガス流路45を開閉する電磁弁である。
The purified hydrogen gas flow path on-off
還流流路44は、精製水素ガス流路45における精製水素ガス流路開閉弁54よりも上流側の流路から分岐して、原料供給流路40に合流する流路である。
The
還流流路開閉弁53は、還流流路44上に設けられ、還流流路44を開閉する電磁弁である。
The recirculation flow path on-off
制御器80は、水素製造装置100の運転を制御するものである。制御器80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
水素利用機器90は、水素製造装置100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
以上のように構成された本実施の形態の水素製造装置100について、以下その動作と作用を説明する。以下の動作は、制御器80が、原料供給器13と、水供給器14と、水素生成装置10と、電源30と、オフガス流路開閉弁52と、還流流路開閉弁53と、精製水素ガス流路開閉弁54と、を制御することによって行われる。
The operation and operation of the
水素製造装置100が水素製造動作をしている時は、還流流路開閉弁53が閉状態であり、オフガス流路開閉弁52と精製水素ガス流路開閉弁54がそれぞれ開状態であり、原料供給器13が改質器11に都市ガスを供給しており、水供給器14が改質器11に水を供給しており、加熱器12が都市ガスを燃焼させて改質器11とCO低減器16とをそれぞれ加熱しており、改質器11は改質反応により水素含有ガスを生成しており、CO低減器16は改質器11で生成された水素含有ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を変成反応により低減しており、電源30はアノード22から電解質膜21を経由してカソード23へと電流を流しており、電気化学デバイス20は、アノード22に供給された水素含有ガスから、カソード23におい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しており、電気化学デバイス20で生成された精製水素ガスは精製水素ガス流路45を介して水素利用機器90に供給されている。アノード22で余った水素含有ガスはオフガス流路43から排出される。
When the
水素製造装置100の水素製造動作を停止(終了)するときは、制御器80が、電源30の電流を停止させ、精製水素ガス流路開閉弁54を閉じ、原料供給器13と水供給器14と加熱器12をそれぞれ制御して、水素生成装置10の水素含有ガスの生成動作を停止
させ、オフガス流路開閉弁52を閉じる。
When the hydrogen production operation of the
このとき、原料供給器13と水供給器14と加熱器12を停止してから、オフガス流路開閉弁52を閉じるまでの間に、還流流路開閉弁53を一時的に開いて、原料供給流路40と改質器11とCO低減器16を精製水素ガスでパージしても構わないが、後の改質器11とCO低減器16の昇温時に循環させる水素ガスが不足しないようにする。
At this time, the recirculation flow path on-off
水素製造装置100が水素製造動作の停止動作を完了させてから水素製造動作を再開するまでの間は、オフガス流路開閉弁52と還流流路開閉弁53と精製水素ガス流路開閉弁54のそれぞれの閉状態は維持される。
From the time when the
そのため、水素製造装置100が水素製造動作を停止している間は、カソード23と、還流流路開閉弁53よりもカソード23側の還流流路44と、精製水素ガス流路開閉弁54よりもカソード23側の精製水素ガス流路45には、大気圧よりも高圧の精製水素ガスが残っている。
Therefore, while the
また、水素製造装置100が水素製造動作を停止している間に、カソード23の精製水素ガスの一部は、カソード23から電解質膜21を透過してアノード22に移動してアノード22に残っている水素含有ガスと混合されるが、その混合ガス(水素含有ガス)は、オフガス流路開閉弁52が閉状態であるため、オフガス流路開閉弁52よりも上流のガス流路内とアノード22に滞留する。
Further, while the
水素製造装置100が起動動作を開始するときは、まず、制御器80が、精製水素ガス流路開閉弁54の閉状態と、オフガス流路開閉弁52の閉状態とを維持しながら、還流流路開閉弁53を開状態にして、精製水素ガス流路45と原料供給流路40とを還流流路44によって連通させる(S101)。
When the
これにより、還流流路開閉弁53よりもカソード23側の還流流路44内の精製水素ガスと精製水素ガス流路開閉弁54よりもカソード23側の精製水素ガス流路45内の精製水素ガスは、還流流路開閉弁53を通過して還流流路開閉弁53よりも原料供給流路40側の還流流路44内に拡散する。
As a result, the purified hydrogen gas in the
次に、電源30を制御してアノード22から電解質膜21を経由してカソード23へと電流を流し、アノード22に滞留する混合ガス(水素含有ガス)に含まれる水素ガスをカソード23に移動させる(S102)。
Next, the
このとき、カソード23に移動した水素ガスは、還流流路44を通って改質器11に供給され、改質器11とCO低減器16を通過した水素ガスがアノード22に供給される(水素ガスが、改質器11とCO低減器16と電気化学デバイス20とを環状につなぐ流路を循環する)こととなる。
At this time, the hydrogen gas that has moved to the
次に、制御器80が、加熱器12への都市ガスと燃焼用空気との供給を開始するとともに、加熱器12の点火動作を行って、都市ガスと燃焼用空気の混合ガスを加熱器12で燃焼させて、加熱器12の燃焼熱による改質器11とCO低減器16の加熱を開始する(S103)。改質器11を通過するときに加熱された(改質器11から熱を奪った)水素ガスは、CO低減器16を通過するときに、CO低減器16を加熱する。
Next, the
次に、改質器温度検知器15によって検知される温度が第1温度以上で、かつ、CO低減器温度検知器17によって検知される温度が第2温度以上の条件を満たしているか否かを判定する(S104)。そして、判定の結果、S104の条件を満たしていなければ、
条件を満たすまで、S104の判定を繰返す。
Next, whether or not the temperature detected by the
The determination of S104 is repeated until the condition is satisfied.
ここで、第1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20での水素製造動作に必要な濃度の水素を含む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。第2温度とは、変成反応によって水素含有ガスに含まれる一酸化炭素濃度が十分低減される温度であり、本実施の形態では200℃とした。
Here, the first temperature is a temperature at which a hydrogen-containing gas containing hydrogen having a concentration required for hydrogen production operation in the
S104で、改質器温度検知器15によって検知される温度が第1温度以上で、かつ、CO低減器温度検知器17によって検知される温度が第2温度以上の条件を満たしていれば、S104をYes側に分岐して、還流流路開閉弁53を閉状態、オフガス流路開閉弁52を開状態にするとともに、電源30を停止する(S105)。
In S104, if the temperature detected by the
次に、原料供給器13を制御して、都市ガスの供給を開始するとともに、水供給器14を制御して水の供給を開始する(S106)。
Next, the raw
次に、改質器11への都市ガスと水の供給を開始してから第1時間を経過したか否かを判定する(S107)。そして、改質器11への都市ガスと水の供給を開始してから第1時間を経過していない場合は、第1時間を経過するまで、S107の判定を繰り返す。
Next, it is determined whether or not the first time has elapsed since the supply of city gas and water to the
ここで、第1時間とは、水素生成装置10で生成した水素含有ガスでアノード22を十分パージする(水素生成装置10からアノード22に供給される水素含有ガスの流量と成分の両方が、電気化学デバイス20の動作開始に適した状態になる)のに要する時間であり、本実施の形態では、第1時間を2分とした。
Here, the first time means that the
改質器11への都市ガスと水の供給を開始してから第1時間を経過すると、S107をYes側に分岐して、精製水素ガス流路開閉弁54を開状態とする(S108)。
When the first hour has passed since the supply of city gas and water to the
次に、電源30を制御してアノード22から電解質膜21を経由してカソード23へと電流を流し、起動動作を完了する(S109)。
Next, the
起動動作完了後は、水素製造動作に移行する。水素製造動作とは、電気化学デバイス20で水素含有ガスから精製した精製水素ガスを、水素利用機器90に安定的に継続して供給する動作である。制御器80は、電気化学デバイス20で精製される水素量が、水素利用機器92が必要とする量に足るよう、原料供給器13と、電源30を操作する。
After the start-up operation is completed, the operation shifts to the hydrogen production operation. The hydrogen production operation is an operation in which the purified hydrogen gas purified from the hydrogen-containing gas by the
以上のように、本実施の形態の水素製造装置100は、電解質膜21をアノード22とカソード23との間に有し、アノード22に水素含有ガスを供給するとともに、アノード22とカソード23との間に所定方向の電流(アノード22から電解質膜21を経由してカソード23へと流れる電流)を流すことで、カソード23において精製水素ガスを生成する電気化学デバイス20と、所定方向の電流を流す電源30と、炭化水素系の原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器11と、改質器11で生成されアノード22に供給される水素含有ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を低減させるCO低減器16と、原料供給流路40を介して改質器11に原料を供給する原料供給器13と、改質器11及びCO低減器16を加熱する加熱器12と、精製水素ガスを水素利用機器90に供給するための精製水素ガス流路45と、精製水素ガス流路45を開閉可能に精製水素ガス流路45に設けられた精製水素ガス流路開閉弁54と、精製水素ガス流路45における精製水素ガス流路開閉弁54よりも上流側の流路から分岐して原料供給流路40に合流する還流流路44と、還流流路44を開閉可能に還流流路44に設けられ還流流路開閉弁53と、制御器80と、を備えた水素製造装置100である。
As described above, the
そして、制御器80が、原料供給器13と電源30と加熱器12とが、それぞれ動作することにより、水素製造装置100が水素製造動作をしているときは、還流流路開閉弁53の閉状態と精製水素ガス流路開閉弁54の開状態とを維持し、水素製造装置100の水素製造動作を停止するときに、原料供給器13と電源30と加熱器12のそれぞれの動作を停止させるとともに、精製水素ガス流路開閉弁54を閉状態にし、水素製造動作を再開するときに、原料供給器13を動作させる前に、精製水素ガス流路開閉弁54が閉状態、且つ還流流路開閉弁53が開状態で、電源30と加熱器12を動作させることを特徴とする。
Then, when the
上記構成の水素製造装置100は、水素製造動作を再開するときに、水素製造装置100の内部に残っている水素含有ガスと精製水素ガスの水素ガスを、還流流路44と、水素ポンプとして機能する電気化学デバイス20とにより、循環させながら、加熱器12で、改質器11とCO低減器16を、都市ガスと水を改質器11に供給して改質器11で改質反応させるのに適した温度に昇温する。
When the
このとき、改質器11とCO低減器16の昇温用ガスに、都市ガスではなく水素ガスを用いており、昇温時の改質器11の改質触媒の周囲には水素ガスが存在しており、改質触媒が高温化しても、炭素析出による改質触媒の劣化が抑制されるので、改質器11とCO低減器16の昇温時に、改質器11の温度を、改質器11で炭素析出が起こる温度にならないように加熱器12を動作させる必要が無い。
At this time, hydrogen gas is used as the temperature raising gas of the
したがって、加熱器12を連続的に動作させて、水素製造動作を再開する場合の起動時間を従来よりも短縮することができ、従来よりも稼働率を向上させることができる。
Therefore, when the
なお、本実施の形態の水素製造装置100は、アノード22に供給された水素含有ガスのうちでカソード23に移動しないガスをアノード22から排出するためのオフガス流路43に、水素製造装置100が水素製造動作をしているときは開状態を維持(オフガス流路43を開放)し、水素製造装置100が水素製造動作を停止しているときは閉状態を維持(オフガス流路43を閉塞)するオフガス流路開閉弁52を備えているが、水素製造動作を再開する(改質器11とCO低減器16を昇温する)ときに、制御器80が、オフガス流路開閉弁52の閉状態を維持しながら、電源30と加熱器12を動作させるので、還流流路44と、水素ポンプとして機能する電気化学デバイス20とによって循環している水素ガスが、オフガス流路43からの流出により減少するのを抑制できる。
In the
なお、本実施の形態では、水素利用機器90として水素タンクを用いたが、水素タンクの代わりに、水素と空気中の酸素を利用して発電する燃料電池を用いても構わない。
In the present embodiment, the hydrogen tank is used as the
また、オフガス流路43から排出されるガスは、加熱器12で燃焼させても構わない。オフガス流路43から排出されるガスを加熱器12で燃焼させる場合は、オフガス流路開閉弁52が閉状態で加熱器12の加熱が必要な場合に加熱器12に都市ガスを供給する。また、オフガス流路43から排出されるガスの燃焼だけでは加熱量が足りない場合に、不足分を都市ガスで補うようにする。
Further, the gas discharged from the off-
また、電気化学デバイス20が熱で劣化するのを抑制するために、水素製造装置100が動作するときに循環する冷却水と電気化学デバイス20とが熱交換するように構成しても構わない。
Further, in order to prevent the
(実施の形態2)
図3は、本発明の実施の形態2における水素製造装置の構成を示すブロック図である。図4は、本発明の実施の形態2における水素製造装置の水素製造動作を再開するときの動
作を示すフローチャートである。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a hydrogen production apparatus according to a second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a flowchart showing an operation when restarting the hydrogen production operation of the hydrogen production apparatus according to the second embodiment of the present invention.
なお、本実施の形態の水素製造装置101において、図1に示す実施の形態1の水素製造装置100と同一構成については同一符号を付している。
In the
図3に示すように、本実施の形態の水素製造装置101は、水素生成装置10と、原料供給器13と、水供給器14と、電気化学デバイス20と、電源30と、原料供給流路40と、水供給流路41と、水素含有ガス流路42と、オフガス流路43と、還流流路44と、精製水素ガス流路45と、オフガス流路開閉弁52と、還流流路開閉弁53と、精製水素ガス流路開閉弁54と、制御器81と、水素貯蔵器91と、を備えている。
As shown in FIG. 3, the
水素生成装置10は、改質器11と、加熱器12と、改質器温度検知器15と、CO低減器16と、CO低減器温度検知器17と、を備えている。
The
改質器11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。改質器11の内部には改質触媒(図示せず)が搭載さている。
The
CO低減器16は、改質器11で生成された水素含有ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を変成反応により低減する。CO低減器16の内部には、変成触媒(図示せず)が搭載されている。
The
加熱器12は、燃料と空気を混合して燃焼させることで、改質器11とCO低減器16とを加熱する。また、加熱器12の燃料には、電気化学デバイス20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
改質器温度検知器15は、改質器11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
CO低減器温度検知器17は、CO低減器16に搭載されている変成触媒の温度を検出するサーミスタである。
The CO
原料供給器13は、都市ガスを、原料供給流路40を介して改質器11に供給するガス用ポンプである。原料供給器13は、原料供給動作を停止している時には、原料供給流路40内のガスが原料供給器13を逆流しないように構成されている。
The raw
水供給器14は、水を、水供給流路41を介して、改質器11に供給する水用ポンプである。
The
電気化学デバイス20は、電解質膜21と、電解質膜21の一方の主面に配置されたアノード22と、電解質膜21の他方の主面に配置されたカソード23と、を備えている。
The
電解質膜21は、水素イオンを選択的に輸送(透過)する高分子膜である。
The
アノード22は、電解質膜21の一方の主面に結合されて、水素が水素イオンと電子とに解離する酸化反応を起こすアノード電極と、アノード入口とアノード出口との間に、アノード電極に供給する水素含有ガスの流路が形成されたアノードセパレータと、で構成されている。
The
カソード23は、電解質膜21の他方の主面に結合されて、水素イオンと電子とが結合して水素になる還元反応を起こすカソード電極と、還元反応によりカソード電極で生成された精製水素ガスをカソード出口に排出する精製水素ガスの流路が形成されたカソードセパレータと、で構成されている。
The
電源30は、アノード22の電位をカソード23の電位よりも高くして、アノード22から電解質膜21を経由してカソード23へと電流を流す直流電源である。電源30のプラス側端子はアノード22に電気的に接続され、電源30のマイナス側端子はカソード23に電気的に接続されている。
The
水素含有ガス流路42は、水素生成装置10の出口とアノード22のアノード入口とを接続して、水素生成装置10で生成された水素含有ガスをアノード22に供給する流路である。
The hydrogen-containing
オフガス流路43は、一端がアノード22のアノード出口に接続され、アノード22から余分な水素含有ガスを加熱器12に供給する流路である。
The off-
オフガス流路開閉弁52は、オフガス流路43上に設けられ、オフガス流路43を開閉する電磁弁である。
The off-gas flow path on-off
精製水素ガス流路45は、カソード23のカソード出口と水素利用機器92とを接続して、カソード23から排出される精製水素ガスを、水素利用機器92に供給する流路である。
The purified hydrogen
精製水素ガス流路開閉弁54は、精製水素ガス流路45上に設けられ、精製水素ガス流路45を開閉する電磁弁である。
The purified hydrogen gas flow path on-off
還流流路44は、精製水素ガス流路45における精製水素ガス流路開閉弁54よりも上流側の流路から分岐して、原料供給流路40に合流する流路である。
The
還流流路開閉弁53は、還流流路44上に設けられ、還流流路44を開閉する電磁弁である。
The recirculation flow path on-off
制御器81は、水素製造装置101の運転を制御するものである。制御器81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
水素貯蔵器91は、還流流路開閉弁53よりも上流側の還流流路44に連通する所定容量の容器であって、還流流路開閉弁53よりもカソード23側の還流流路44内の精製水素ガスの圧力が水素貯蔵器91内の精製水素ガスの圧力よりも高い時に圧力差が無くなるように水素貯蔵器91内に精製水素ガスを貯蔵し、還流流路開閉弁53よりもカソード23側の還流流路44内の精製水素ガスの圧力が水素貯蔵器91内の精製水素ガスの圧力よりも低い時に圧力差が無くなるように水素貯蔵器91内の精製水素ガスを還流流路44内に供給する。
The
水素利用機器92は、精製水素ガス流路45から供給される水素(精製水素ガス)と空気中の酸素を反応させて発電する燃料電池である。
The
以上のように構成された本実施の形態の水素製造装置101について、以下その動作と作用を説明する。以下の動作は、制御器81が、原料供給器13と、水供給器14と、水
素生成装置10と、電源30と、オフガス流路開閉弁52と、還流流路開閉弁53と、精製水素ガス流路開閉弁54と、を制御することによって行われる。
The operation and operation of the
水素製造装置101が水素製造動作をしている時は、還流流路開閉弁53が閉状態であり、オフガス流路開閉弁52と精製水素ガス流路開閉弁54がそれぞれ開状態であり、原料供給器13が改質器11に都市ガスを供給しており、水供給器14が改質器11に水を供給しており、加熱器12が、アノード22からオフガス流路43に排出された水素含有ガスを燃焼させて改質器11とCO低減器16とをそれぞれ加熱しており、改質器11は改質反応により水素含有ガスを生成しており、CO低減器16は改質器11で生成された水素含有ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を変成反応により低減しており、電源30はアノード22から電解質膜21を経由してカソード23へと電流を流しており、電気化学デバイス20は、アノード22に供給された水素含有ガスから、カソード23におい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しており、電気化学デバイス20で生成された精製水素ガスは精製水素ガス流路45を介して水素利用機器92に供給されている。また、水素貯蔵器91は精製水素ガスを貯蔵している。
When the
水素製造装置101の水素製造動作を停止(終了)するときは、制御器81が、電源30の電流を停止させ、精製水素ガス流路開閉弁54を閉じ、原料供給器13と水供給器14と加熱器12をそれぞれ制御して、水素生成装置10の水素含有ガスの生成動作を停止させ、オフガス流路開閉弁52を閉じる。
When the hydrogen production operation of the
このとき、原料供給器13と水供給器14を停止してから、オフガス流路開閉弁52を閉じるまでの間に、還流流路開閉弁53を一時的に開いて、原料供給流路40と改質器11とCO低減器16を精製水素ガスでパージしても構わないが、後の改質器11とCO低減器16の昇温時に循環させる水素ガスが不足しないようにする。
At this time, between the time when the raw
水素製造装置101が水素製造動作の停止動作を完了させてから水素製造動作を再開するまでの間は、オフガス流路開閉弁52と還流流路開閉弁53と精製水素ガス流路開閉弁54のそれぞれの閉状態は維持される。
From the time when the
そのため、水素製造装置101が水素製造動作を停止している間は、カソード23と、還流流路開閉弁53よりもカソード23側の還流流路44と、水素貯蔵器91内と、精製水素ガス流路開閉弁54よりもカソード23側の精製水素ガス流路45には、大気圧よりも高圧の精製水素ガスが残っている。
Therefore, while the
また、水素製造装置101が水素製造動作を停止している間に、カソード23の精製水素ガスの一部は、カソード23から電解質膜21を透過してアノード22に移動してアノード22に残っている水素含有ガスと混合されるが、その混合ガス(水素含有ガス)は、オフガス流路開閉弁52が閉状態であるため、オフガス流路開閉弁52よりも上流のガス流路内とアノード22に滞留する。
Further, while the
水素製造装置101が起動動作を開始するときは、まず、制御器81が、精製水素ガス流路開閉弁54の閉状態を維持しながら、オフガス流路開閉弁52と還流流路開閉弁53をそれぞれ開状態にして、精製水素ガス流路45と原料供給流路40とを還流流路44によって連通させる(S201)。
When the
これにより、還流流路開閉弁53よりもカソード23側の還流流路44内の精製水素ガスと水素貯蔵器91内の精製水素ガスと精製水素ガス流路開閉弁54よりもカソード23側の精製水素ガス流路45内の精製水素ガスは、還流流路開閉弁53を通過して還流流路開閉弁53よりも原料供給流路40側の還流流路44内に拡散する。
As a result, the purified hydrogen gas in the
また、オフガス流路開閉弁52よりもアノード22側のオフガス流路43内の水素含有ガスは、オフガス流路開閉弁52を通過してオフガス流路開閉弁52よりも加熱器12側のオフガス流路43内に拡散する。
Further, the hydrogen-containing gas in the off-
次に、電源30を制御してアノード22から電解質膜21を経由してカソード23へと電流を流し、アノード22に滞留する混合ガス(水素含有ガス)に含まれる水素ガスをカソード23に移動させる(S202)。また、制御器81が、加熱器12に燃焼用空気の供給を開始する。
Next, the
このとき、カソード23に移動した水素ガスは、還流流路44を通って改質器11に供給され、改質器11とCO低減器16を通過した水素ガスがアノード22に供給される(水素ガスが、改質器11とCO低減器16と電気化学デバイス20とを環状につなぐ流路を循環する)こととなる。また、アノード22に供給された水素含有ガスのうちでカソード23に移動できなかった残余の水素含有ガスはアノード22からオフガス流路43を通って加熱器12に供給される。
At this time, the hydrogen gas that has moved to the
そして、還流流路開閉弁53よりもカソード23側の還流流路44内の精製水素ガスの圧力が水素貯蔵器91内の精製水素ガスの圧力よりも低くなると、圧力差が無くなるように水素貯蔵器91内の精製水素ガスが還流流路44内に供給される。
Then, when the pressure of the purified hydrogen gas in the
次に、制御器81が、加熱器12の点火動作を行って、オフガス流路43から供給される水素含有ガスと燃焼用空気との混合ガスを加熱器12で燃焼させて、加熱器12の燃焼熱による改質器11とCO低減器16の加熱を開始する(S203)。改質器11を通過するときに加熱された(改質器11から熱を奪った)水素ガスは、CO低減器16を通過するときに、CO低減器16を加熱する。
Next, the
次に、改質器温度検知器15によって検知される温度が第3温度以上で、かつ、CO低減器温度検知器17によって検知される温度が第4温度以上の条件を満たしているか否かを判定する(S204)。そして、判定の結果、S204の条件を満たしていなければ、条件を満たすまで、S204の判定を繰返す。
Next, whether or not the temperature detected by the
ここで、第3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20での水素製造動作に必要な濃度の水素を含む水素含有ガスが生成する温度であり、本実施の形態では610℃とした。第4温度とは、変成反応によって水素含有ガスに含まれる一酸化炭素の濃度が十分低減される温度であり、本実施の形態では210℃とした。
Here, the third temperature is a temperature at which a hydrogen-containing gas containing hydrogen having a concentration required for hydrogen production operation in the
S204で、改質器温度検知器15によって検知される温度が第3温度以上で、かつ、CO低減器温度検知器17によって検知される温度が第4温度以上の条件を満たしていれば、S204をYes側に分岐して、還流流路開閉弁53を閉状態にするとともに、電源30を停止する(S205)。
In S204, if the temperature detected by the
次に、原料供給器13を制御して、都市ガスの供給を開始するとともに、水供給器14を制御して水の供給を開始する(S206)。
Next, the raw
次に、改質器11への都市ガスと水の供給を開始してから第2時間を経過したか否かを判定する(S207)。そして、改質器11への都市ガスと水の供給を開始してから第2時間を経過していない場合は、第2時間を経過するまで、S207の判定を繰り返す。
Next, it is determined whether or not the second time has elapsed since the supply of city gas and water to the
ここで、第2時間とは、水素生成装置10で生成した水素含有ガスでアノード22を十
分パージする(水素生成装置10からアノード22に供給される水素含有ガスの流量と成分の両方が、電気化学デバイス20の動作開始に適した状態になる)のに要する時間であり、本実施の形態では、第2時間を1分とした。
Here, the second time means that the
改質器11への都市ガスと水の供給を開始してから第2時間を経過すると、S207をYes側に分岐して、精製水素ガス流路開閉弁54を開状態とする(S208)。
When the second time elapses from the start of the supply of city gas and water to the
次に、電源30を制御して電気化学デバイス20に電流を流し、起動動作を完了する。(S209)
起動動作完了後は、水素製造動作に移行する。水素製造動作とは、電気化学デバイス20で水素含有ガスから精製した精製水素ガスを、水素利用機器92に安定的に継続して供給する動作である。制御器81は、電気化学デバイス20で精製される水素量が、水素利用機器92が必要とする量に足るよう、原料供給器13と、電源30を操作する。
Next, the
After the start-up operation is completed, the operation shifts to the hydrogen production operation. The hydrogen production operation is an operation in which the purified hydrogen gas purified from the hydrogen-containing gas by the
以上のように、本実施の形態の水素製造装置101は、電解質膜21をアノード22とカソード23との間に有し、アノード22に水素含有ガスを供給するとともに、アノード22とカソード23との間に所定方向の電流(アノード22から電解質膜21を経由してカソード23へと流れる電流)を流すことで、カソード23において精製水素ガスを生成する電気化学デバイス20と、所定方向の電流を流す電源30と、炭化水素系の原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器11と、改質器11で生成されアノード22に供給される水素含有ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を低減させるCO低減器16と、原料供給流路40を介して改質器11に原料を供給する原料供給器13と、改質器11及びCO低減器16を加熱する加熱器12と、精製水素ガスを水素利用機器92に供給するための精製水素ガス流路45と、精製水素ガス流路45を開閉可能に精製水素ガス流路45に設けられた精製水素ガス流路開閉弁54と、精製水素ガス流路45における精製水素ガス流路開閉弁54よりも上流側の流路から分岐して原料供給流路40に合流する還流流路44と、還流流路44を開閉可能に還流流路44に設けられ還流流路開閉弁53と、制御器81と、を備えた水素製造装置101である。
As described above, the
そして、制御器81が、原料供給器13と電源30と加熱器12とが、それぞれ動作することにより、水素製造装置101が水素製造動作をしているときは、還流流路開閉弁53の閉状態と精製水素ガス流路開閉弁54の開状態とを維持し、水素製造装置100の水素製造動作を停止するときに、原料供給器13と電源30と加熱器12のそれぞれの動作を停止させるとともに、精製水素ガス流路開閉弁54を閉状態にし、水素製造動作を再開するときに、原料供給器13を動作させる前に、精製水素ガス流路開閉弁54が閉状態、且つ還流流路開閉弁53が開状態で、電源30と加熱器12を動作させることを特徴とする。
Then, when the
上記構成の水素製造装置101は、水素製造動作を再開するときに、以前の水素製造動作によって、水素製造装置101の内部に残っていた水素含有ガスと精製水素ガスの水素ガスを、還流流路44と、水素ポンプとして機能する電気化学デバイス20とにより、循環させながら、加熱器12で、改質器11とCO低減器16を、都市ガスと水を改質器11に供給して改質器11で改質反応させるのに適した温度に昇温する。
When the
このとき、改質器11とCO低減器16の昇温用ガスに、都市ガスではなく水素ガスを用いており、昇温時の改質器11の改質触媒の周囲には水素ガスが存在しており、改質触媒が高温化しても、炭素析出による改質触媒の劣化が抑制されるので、改質器11とCO低減器16の昇温時に、改質器11の温度を、改質器11で炭素析出が起こる温度にならないように加熱器12を動作させる必要が無い。
At this time, hydrogen gas is used as the temperature raising gas of the
したがって、加熱器12を連続的に動作させて、水素製造動作を再開する場合の起動時間を従来よりも短縮することができ、従来よりも稼働率を向上させることができる。
Therefore, when the
また、本実施の形態の水素製造装置101は、さらに、還流流路開閉弁53よりも上流側の還流流路44に連通する水素貯蔵器91を備えることを特徴とする。
Further, the
これによって、水素製造装置101が水素製造動作を停止するまでに、水素貯蔵器91に貯めておいた精製水素ガスも、水素製造動作を再開するときに、原料供給器13を動作させる前に、還流流路44を利用して循環させることができるので、水素貯蔵器91が無い場合よりも、精製水素ガスの循環流量を増やすことができるとともに、水素貯蔵器91が無い場合よりも、循環するガスの水素の濃度が高くなるので、精製水素ガスが循環する直前において、原料供給流路40と改質器11に原料が残っている場合であっても、改質器11が高温に加熱される前に、原料供給流路40と改質器11に残っている原料を改質器11から排出できる可能性が高くなり、熱媒体となる精製水素ガスの循環流量が増えることにより、CO低減器16の温度上昇が速くなるので、水素製造動作を再開する場合の起動時間を更に短縮することができる。
As a result, the purified hydrogen gas stored in the
なお、本実施の形態では、水素貯蔵器91を、還流流路開閉弁53よりも上流側の還流流路44に連通させたが、これに限らず、水素貯蔵器91を、精製水素ガス流路開閉弁54よりも上流側の精製水素ガス流路45に連通させても構わない。
In the present embodiment, the
また、本実施の形態の水素製造装置101は、アノード22に供給された水素含有ガスのうちでカソード23に移動しないガスをアノード22から加熱器12に排出するためのオフガス流路43と、オフガス流路43を開閉可能にオフガス流路43に設けられ、水素製造装置101が水素製造動作をしているときは開状態を維持し、水素製造装置101が水素製造動作を停止しているときは閉状態を維持するオフガス流路開閉弁52とを備えており、制御器81が、水素製造動作を再開するときに、オフガス流路開閉弁52を開状態にして、電源30と加熱器12を動作させることを特徴とする。
Further, the
これによって、水素製造動作を再開するときに、アノード22のガスに含まれる水素以外の不純物を、オフガス流路43を使って加熱器12に排出できるので、アノード22に不純物が蓄積することによる電気化学デバイス20の性能劣化を抑制できる。
As a result, when the hydrogen production operation is restarted, impurities other than hydrogen contained in the gas of the
なお、水素ガスを循環させているときに、オフガス流路43から加熱器12に不純物を多く含む水素含有ガスが放出されるが、還流流路44内の精製水素ガスの圧力が水素貯蔵器91内の精製水素ガスの圧力よりも低下すると、水素貯蔵器91から循環用の精製水素ガスが還流流路44に補充されるので、オフガス流路43から加熱器12に排出されるガス量に対して水素貯蔵器91に貯える精製水素ガスの量を充分な量に(水素貯蔵器91の容積を充分な容積に)しておけば、循環用の精製水素ガスが不足する虞はない。
When the hydrogen gas is circulated, the hydrogen-containing gas containing a large amount of impurities is released from the off-
また、加熱器12はオフガス流路43から供給されたガスを燃焼するように構成されているので、アノード22からオフガス流路43に排出するガスを、加熱器12の燃料として有効活用でき、そのようにしない場合に比べて、水素製造装置101のエネルギー効率を向上させることができる。
Further, since the
また、電気化学デバイス20が熱で劣化するのを抑制するために、水素製造装置101が動作するときに循環する冷却水と電気化学デバイス20とが熱交換するように構成しても構わない。
Further, in order to prevent the
本発明は、水素製造動作を再開する場合の水素製造装置の起動時間を短縮することができるので、改質器とCO低減器を用いて水素含有ガスを生成し、その水素含有ガスから電気化学デバイス用いて水素純度の高い精製水素ガスを生成する水素製造装置で、特に運転と停止を繰返す用途に適用できる。 Since the present invention can shorten the start-up time of the hydrogen production apparatus when restarting the hydrogen production operation, a hydrogen-containing gas is generated using a reformer and a CO-reducer, and electrochemistry is performed from the hydrogen-containing gas. A hydrogen production device that produces purified hydrogen gas with high hydrogen purity using a device, and is particularly applicable to applications where operation and shutdown are repeated.
10 水素生成装置
11 改質器
12 加熱器
13 原料供給器
14 水供給器
15 改質器温度検知器
16 CO低減器
17 CO低減器温度検知器
20 電気化学デバイス
21 電解質膜
22 アノード
23 カソード
30 電源
40 原料供給流路
41 水供給流路
42 水素含有ガス流路
43 オフガス流路
44 還流流路
45 精製水素ガス流路
52 オフガス流路開閉弁
53 還流流路開閉弁
54 精製水素ガス流路開閉弁
80 制御器
81 制御器
90 水素利用機器
91 水素貯蔵器
92 水素利用機器
100 水素製造装置
101 水素製造装置
10
Claims (5)
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、
炭化水素系の原料を改質して前記水素含有ガスを生成する改質器と、
前記改質器で生成され前記アノードに供給される前記水素含有ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を低減させるCO低減器と、
原料供給流路を介して前記改質器に前記原料を供給する原料供給器と、
前記改質器及び前記CO低減器を加熱する加熱器と、
前記精製水素ガスを水素利用機器に供給するための精製水素ガス流路と、
前記精製水素ガス流路を開閉可能に前記精製水素ガス流路に設けられた精製水素ガス流路開閉弁と、
前記精製水素ガス流路における前記精製水素ガス流路開閉弁よりも上流側の流路から分岐して前記原料供給流路に合流する還流流路と、
前記還流流路を開閉可能に前記還流流路に設けられ還流流路開閉弁と、
制御器と、を備えた水素製造装置であって、
前記制御器は、
前記原料供給器と前記電源と前記加熱器とが、それぞれ動作することにより、前記水素製造装置が水素製造動作をしているときは、前記還流流路開閉弁の閉状態と前記精製水素ガス流路開閉弁の開状態とを維持し、
前記水素製造装置の水素製造動作を停止するときに、前記原料供給器と前記電源と前記加熱器のそれぞれの動作を停止させるとともに、前記精製水素ガス流路開閉弁を閉状態にし、
前記水素製造動作を再開するときに、前記原料供給器を動作させる前に、前記精製水素ガス流路開閉弁が閉状態、且つ前記還流流路開閉弁が開状態で、前記電源と前記加熱器を動作させることを特徴とする水素製造装置。 A purified hydrogen gas is generated at the cathode by having an electrolyte film between the anode and the cathode, supplying a hydrogen-containing gas to the anode, and passing a current in a predetermined direction between the anode and the cathode. Electrochemical devices and
A power source that allows the current to flow between the anode and the cathode,
A reformer that reforms a hydrocarbon-based raw material to generate the hydrogen-containing gas,
A CO reducer that reduces the concentration of carbon monoxide contained in the hydrogen-containing gas generated by the reformer and supplied to the anode, and
A raw material supply device that supplies the raw material to the reformer via the raw material supply flow path,
A heater that heats the reformer and the CO reducer,
A purified hydrogen gas flow path for supplying the purified hydrogen gas to a hydrogen utilization device, and
A purified hydrogen gas flow path on-off valve provided in the purified hydrogen gas flow path so that the purified hydrogen gas flow path can be opened and closed.
A reflux flow path that branches from a flow path on the upstream side of the purified hydrogen gas flow path on-off valve in the purified hydrogen gas flow path and joins the raw material supply flow path.
A reflux flow path on-off valve provided in the reflux flow path so that the return flow path can be opened and closed,
A hydrogen production device equipped with a controller,
The controller
When the hydrogen production apparatus is operating hydrogen production by operating the raw material supply device, the power supply, and the heater, respectively, the closed state of the reflux flow path on-off valve and the purified hydrogen gas flow. Keep the road on-off valve open,
When the hydrogen production operation of the hydrogen production apparatus is stopped, the operations of the raw material supply device, the power supply, and the heater are stopped, and the purified hydrogen gas flow path on-off valve is closed.
When the hydrogen production operation is restarted, the purified hydrogen gas flow path on-off valve is in the closed state and the reflux flow path on-off valve is in the open state before the raw material supply device is operated, and the power supply and the heater are used. A hydrogen production device characterized by operating.
前記オフガス流路を開閉可能に前記オフガス流路に設けられ、前記水素製造装置が水素製造動作をしているときは開状態を維持し、前記水素製造装置が水素製造動作を停止しているときは閉状態を維持するオフガス流路開閉弁と、を備え、
前記制御器は、前記水素製造動作を再開するときに、前記オフガス流路開閉弁を開状態にして、前記電源と前記加熱器を動作させることを特徴とする請求項2に記載の水素製造装置。 An off-gas flow path for discharging the hydrogen-containing gas supplied to the anode, which does not move to the cathode, from the anode.
When the off-gas flow path is provided so as to be openable and closable, the hydrogen production apparatus is maintained in an open state when the hydrogen production apparatus is in operation, and the hydrogen production apparatus is stopped in the hydrogen production operation. Is equipped with an off-gas flow path on-off valve, which keeps it closed,
The hydrogen production apparatus according to claim 2, wherein the controller operates the power source and the heater by opening the off-gas flow path on-off valve when the hydrogen production operation is restarted. ..
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、
炭化水素系の原料を改質して前記水素含有ガスを生成する改質器と、
前記改質器で生成され前記アノードに供給される前記水素含有ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を低減させるCO低減器と、
原料供給流路を介して前記改質器に前記原料を供給する原料供給器と、
前記改質器及び前記CO低減器を加熱する加熱器と、
前記精製水素ガスを水素利用機器に供給するための精製水素ガス流路と、
前記精製水素ガス流路を開閉可能に前記精製水素ガス流路に設けられた精製水素ガス流路開閉弁と、
前記精製水素ガス流路における前記精製水素ガス流路開閉弁よりも上流側の流路から分岐して前記原料供給流路に合流する還流流路と、
前記還流流路を開閉可能に前記還流流路に設けられ還流流路開閉弁と、を備えた水素製造装置の運転方法であって、
前記原料供給器と前記電源と前記加熱器とが、それぞれ動作することにより、前記水素製造装置が水素製造動作をしているときは、前記還流流路開閉弁の閉状態と前記精製水素ガス流路開閉弁の開状態とを維持し、
前記水素製造装置の水素製造動作を停止するときに、前記原料供給器と前記電源と前記加熱器のそれぞれの動作を停止させるとともに、前記精製水素ガス流路開閉弁を閉状態にし、
前記水素製造動作を再開するときに、前記原料供給器を動作させる前に、前記精製水素ガス流路開閉弁が閉状態、且つ前記還流流路開閉弁が開状態で、前記電源と前記加熱器を動作させることを特徴とする水素製造装置の運転方法。 A purified hydrogen gas is generated at the cathode by having an electrolyte film between the anode and the cathode, supplying a hydrogen-containing gas to the anode, and passing a current in a predetermined direction between the anode and the cathode. Electrochemical devices and
A power source that allows the current to flow between the anode and the cathode,
A reformer that reforms a hydrocarbon-based raw material to generate the hydrogen-containing gas,
A CO reducer that reduces the concentration of carbon monoxide contained in the hydrogen-containing gas generated by the reformer and supplied to the anode, and
A raw material supply device that supplies the raw material to the reformer via the raw material supply flow path,
A heater that heats the reformer and the CO reducer,
A purified hydrogen gas flow path for supplying the purified hydrogen gas to a hydrogen utilization device, and
A purified hydrogen gas flow path on-off valve provided in the purified hydrogen gas flow path so that the purified hydrogen gas flow path can be opened and closed.
A reflux flow path that branches from a flow path on the upstream side of the purified hydrogen gas flow path on-off valve in the purified hydrogen gas flow path and joins the raw material supply flow path.
It is a method of operating a hydrogen production apparatus provided with a reflux channel on-off valve provided in the reflux channel so that the reflux channel can be opened and closed.
When the hydrogen production apparatus is operating hydrogen production by operating the raw material supply device, the power supply, and the heater, respectively, the closed state of the reflux flow path on-off valve and the purified hydrogen gas flow. Keep the road on-off valve open,
When the hydrogen production operation of the hydrogen production apparatus is stopped, the operations of the raw material supply device, the power supply, and the heater are stopped, and the purified hydrogen gas flow path on-off valve is closed.
When the hydrogen production operation is restarted, the purified hydrogen gas flow path on-off valve is in the closed state and the reflux flow path on-off valve is in the open state before the raw material supply device is operated, and the power supply and the heater are used. A method of operating a hydrogen production apparatus, which comprises operating a hydrogen production apparatus.
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