JP3405454B2 - Starting method of hydrogen generator - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、天然ガス、ＬＰ
Ｇ、ガソリン、ナフサ、灯油およびメタノールなどの炭
化水素系物質を主原料とし、燃料電池などの水素利用機
器に供給するための水素リッチガスを生成する水素発生
装置の起動方法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to natural gas, LP
The present invention relates to a method for starting a hydrogen generator that uses a hydrocarbon-based substance such as G, gasoline, naphtha, kerosene, and methanol as a main raw material, and generates a hydrogen-rich gas to be supplied to a hydrogen-using device such as a fuel cell.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、化石燃料の代替エネルギー源の有
力候補として水素が注目されているが、その生成コス
ト、貯蔵および運搬などについて様々な問題があり、特
に民生用としては一般的には利用されていない。水素の
利用を早期に実現するためには、既存の産業基盤（イン
フラストラクチャー）を利用し、必要な場所で必要な量
の水素を生成することが有力な手段となる。例えば、中
小規模のオンサイト型燃料電池には都市ガスを原料とし
て用い、また燃料電池自動車にはメタノールを原料とし
て用い、触媒反応を利用した水蒸気改質方法、部分酸化
方法、または両者を組み合わせたオートサーマル法など
での水素を生成することが考えられる。しかし、改質反
応は高温で進行するため、水素以外の副生成物として一
酸化炭素（以下、「ＣＯ」と記載する。）や二酸化炭素
が生成する。生成した水素を燃料電池に供給するとき、
特に高分子電解質型燃料電池においては、副生成物であ
るＣＯが燃料電池の電極を被毒してその性能を著しく劣
化させてしまう。そのため、水素に含まれるＣＯの濃度
を２０ｐｐｍ程度にまで低減しておく必要がある。これ
に対し、水素発生装置には、改質反応を行う改質部に加
えて、改質部の下流に変成反応を行う変成部、さらに最
終的にＣＯ濃度を２０ｐｐｍ程度にまで低減するＣＯ浄
化部を設置する。そして、各部が具備する触媒を良好な
活性を有する温度に制御することで２０ｐｐｍ以下のＣ
Ｏ濃度を実現し、純度の高い水素の燃料電池への供給を
可能としている。2. Description of the Related Art In recent years, hydrogen has attracted attention as a promising alternative energy source for fossil fuels, but there are various problems regarding its production cost, storage, and transportation, and it is generally used for consumer use. It has not been. In order to realize the utilization of hydrogen at an early stage, the existing industrial infrastructure (infrastructure) should be used to generate the required amount of hydrogen at the required place. For example, city gas is used as a raw material for small and medium-sized on-site fuel cells, and methanol is used as a raw material for fuel cell vehicles, and a steam reforming method utilizing catalytic reaction, a partial oxidation method, or a combination of both. It is considered that hydrogen is produced by the autothermal method or the like. However, since the reforming reaction proceeds at a high temperature, carbon monoxide (hereinafter referred to as “CO”) and carbon dioxide are produced as by-products other than hydrogen. When supplying the generated hydrogen to the fuel cell,
Particularly in a polymer electrolyte fuel cell, CO, which is a by-product, poisons the electrode of the fuel cell and significantly deteriorates its performance. Therefore, it is necessary to reduce the concentration of CO contained in hydrogen to about 20 ppm. On the other hand, in the hydrogen generator, in addition to the reforming section that performs the reforming reaction, the shift conversion section that performs the shift conversion reaction downstream of the reforming section, and the CO purification that finally reduces the CO concentration to about 20 ppm. Set up a department. Then, by controlling the catalyst included in each part to a temperature at which good activity is achieved, C of 20 ppm or less is obtained.
Achieving an O concentration makes it possible to supply highly pure hydrogen to the fuel cell.
【０００３】具体的に、水素発生装置からの水素ガス中
のＣＯ濃度を２０ｐｐｍ以下にするするためには、改質
部、変成部および浄化部が充分機能を発揮する温度とし
なければならない。この温度は用いられる触媒の種類な
どによって異なるが、通常は改質部では約７００℃、変
成部では約３００℃、浄化部では約２００℃とすること
が一般的である。このように触媒に最適な温度に制御す
るためには、最も温度を高くする必要がある改質部の近
傍にバーナなどの加熱源を設置する。そして、改質部に
供給された原料ガスは、改質部を通過する際に加熱され
て高温化するため、変成部および浄化部はその原料ガス
を用いて昇温させる。しかし、改質部、変成部および浄
化部には触媒が充填されていることから熱容量が大き
く、昇温させて温度の安定化を図るためにはかなりの時
間を要する。そのため、水素発生装置の起動直後には、
燃料供給により火炎を形成しているバーナでの燃焼量を
少しでも増加させ、改質部の昇温時間を短くするように
している。Specifically, in order to reduce the CO concentration in the hydrogen gas from the hydrogen generator to 20 ppm or less, the reforming section, the shift converting section and the purifying section must be at a temperature at which they sufficiently exhibit their functions. Although this temperature varies depending on the type of catalyst used, it is generally about 700 ° C. in the reforming section, about 300 ° C. in the shift converting section, and about 200 ° C. in the purifying section. Thus, in order to control the temperature to the optimum temperature for the catalyst, a heating source such as a burner is installed in the vicinity of the reforming section that needs to have the highest temperature. Then, the raw material gas supplied to the reforming section is heated and has a high temperature when passing through the reforming section, so the shift conversion section and the purifying section use the raw material gas to raise the temperature. However, since the reforming section, the shift conversion section and the purification section are filled with the catalyst, the heat capacity is large and it takes a considerable time to raise the temperature and stabilize the temperature. Therefore, immediately after starting the hydrogen generator,
The combustion amount in the burner forming the flame by the fuel supply is increased as much as possible, and the temperature rising time of the reforming section is shortened.
【０００４】[0004]
【発明が解決しょうとする課題】ここで、バーナでの加
熱量を増やしても、変成部および浄化部は直接には加熱
されないため、改質部の温度を上昇させて安定化させる
時間を大幅に短縮することはできなかった。また、改質
部の改質触媒は良好な反応性を示す温度範囲が比較的狭
く、かつ高温域にあるため、所定の温度を超えると触媒
の耐熱限界に近くなって熱による劣化を引き起こす可能
性がある。そのため、有効に原料ガスおよび燃料ガスを
使用しながらできるだけ短時間での起動を実現するため
には、変成部と浄化部への伝熱量を多くした状態でバー
ナにおける加熱量、ならびに変成部および浄化部への伝
熱量をできるだけ一定に維持しつつ、改質触媒の温度を
制御する必要があった。したがって、本発明は、このよ
うな問題を解決すべく、起動時に水素発生装置から流出
する起動時生成ガスを有効に利用して短時間における安
定起動を実現し、操作性および利便性に優れる水素発生
装置の起動方法を提供することを目的とする。Here, even if the heating amount in the burner is increased, the shift conversion section and the purification section are not directly heated, so that the time for increasing and stabilizing the temperature of the reforming section is greatly increased. It could not be shortened to. In addition, the reforming catalyst in the reforming section has a relatively narrow temperature range that exhibits good reactivity and is in a high temperature range, so if the temperature exceeds a prescribed temperature, it may approach the heat resistance limit of the catalyst and cause deterioration due to heat. There is a nature. Therefore, in order to realize startup in the shortest possible time while effectively using the raw material gas and the fuel gas, the heating amount in the burner, the shift portion and the purification portion should be increased with the amount of heat transfer to the shift portion and the purification portion increased. It was necessary to control the temperature of the reforming catalyst while keeping the amount of heat transferred to the section as constant as possible. Therefore, in order to solve such a problem, the present invention realizes a stable start in a short time by effectively utilizing the start-time generated gas flowing out from the hydrogen generator at the time of start, and is excellent in operability and convenience. It is an object of the present invention to provide a method for starting a generator.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明は、原料供給部
と、水供給部と、燃料供給部および空気供給部を有する
バーナと、前記バーナの近傍に位置し前記原料供給部と
前記水供給部とに連結された改質部とを具備する水素発
生装置の起動方法であって、（ａ）起動時に前記原料供
給部から前記改質部に原料を供給し、前記水素発生装置
から送出される生成ガスの少なくとも一部を前記バーナ
に導き、前記燃料供給部からの燃料と前記空気供給部か
らの空気と前記生成ガスとにより前記バーナに火炎を形
成する工程、ついで（ｂ）前記燃料供給部から前記バー
ナへの燃料供給量を減少させて燃料の供給を停止し、前
記空気および前記生成ガスで火炎を形成する工程を含
み、工程（ｂ）において、前記燃料および原料が同じ炭
化水素系燃料であり、前記燃料供給部からの燃料供給量
を減少させるとともに、前記原料供給部からの原料供給
量を、前記燃料供給量の減少量と同等に増加させること
を特徴とする水素発生装置の起動方法に関する。 According to the present invention, there is provided a raw material supply section, a water supply section, a burner having a fuel supply section and an air supply section, the raw material supply section and the water supply located near the burner. A method for starting a hydrogen generator comprising: a reformer connected to the reformer; and (a) supplying a raw material from the raw material supplier to the reformer at the time of start-up and delivering the raw material from the hydrogen generator. Leading at least a part of the generated gas to the burner, and forming a flame in the burner by the fuel from the fuel supply unit, the air from the air supply unit, and the generated gas; and (b) the fuel supply. Reducing the amount of fuel supplied to the burner from the section to stop the fuel supply, and forming a flame with the air and the generated gas.
In the step (b), the fuel and the raw material are the same charcoal.
Hydrogenated fuel, the amount of fuel supplied from the fuel supply unit
Of raw materials from the raw material supply section
The present invention relates to a method for starting a hydrogen generator , wherein the amount of fuel is increased to be equal to the amount of decrease of the fuel supply amount .
【０００６】さらに、本発明は、原料供給量調節器を有
する原料供給部と、水供給部と、燃料供給量調節器を有
する燃料供給部および空気供給量調節器を有する空気供
給部を有するバーナと、前記バーナの近傍に位置し前記
原料供給部と前記水供給部とに連結された改質部とを具
備する水素発生装置であって、原料供給量調節器、燃料
供給量調節器及び空気供給量調節器を用いて（ａ）起動
時に前記原料供給部から前記改質部に原料を供給し、前
記水素発生装置から送出される生成ガスの少なくとも一
部を前記バーナに導き、前記燃料供給部からの燃料と前
記空気供給部からの空気と前記生成ガスとにより前記バ
ーナに火炎を形成し、ついで（ｂ）前記燃料供給部から
前記バーナへの燃料供給量を減少させて燃料の供給を停
止し、前記空気および前記生成ガスで火炎を形成する際
に、前記燃料および原料が同じ炭化水素系燃料であり、
前記燃料供給部からの燃料供給量を減少させるととも
に、前記原料供給部からの原料供給量を、前記燃料供給
量の減少量と同等に増加させるよう動作させることを特
徴とする水素発生装置にも関する。 Further, the present invention has a raw material supply amount controller.
It has a raw material supply unit, a water supply unit, and a fuel supply amount regulator.
Air supply with a fuel supply and an air supply regulator
A burner having a feeding part, and a burner located near the burner,
A raw material supply part and a reforming part connected to the water supply part.
A hydrogen generator equipped with a raw material supply regulator, fuel
(A) Start using the supply amount controller and the air supply amount controller
Sometimes the raw material is supplied from the raw material supply section to the reforming section,
At least one of the product gases delivered from the hydrogen generator
Section to the burner and the fuel from the fuel supply section and the front
The air from the air supply unit and the generated gas cause
Forming a flame in the corner and then (b) from the fuel supply
Stop fuel supply by reducing fuel supply to the burner
When stopping and forming a flame with the air and the generated gas
In, the fuel and the raw material are the same hydrocarbon fuel,
The amount of fuel supplied from the fuel supply unit is reduced.
The amount of raw material supplied from the raw material supply unit to the fuel supply
It is special to operate so that the amount of increase is equal to the amount of decrease.
It also relates to the hydrogen generator as a characteristic.
【０００７】[0007]
【発明の実施の形態】本発明に係る水素発生装置の起動
方法について、図１を参照しながら説明する。図１は、
本発明の起動方法を実施するために用いる水素発生装置
の一実施の形態の概略構成図である。原料供給部１およ
び水供給部２が、内部に改質触媒を充填した改質部３に
接続されている。原料供給部１により供給された原料は
改質部３から流出し、変成触媒を充填した変成部４に流
入し、さらに変成部４から流出するガスはＣＯ除去触媒
を充填した浄化部５に流入する。すなわち、図１に示す
水素発生装置は、改質部だけでなく、変成部および浄化
部を具備している。そして、浄化部５から流出するガス
が、生成ガスとして６の三方バルブを通り、一方は水素
発生装置から７の燃料電池へ、また他方は改質部３近傍
に設置したバーナ８に導かれるように流路が構成されて
いる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A method for starting a hydrogen generator according to the present invention will be described with reference to FIG. Figure 1
It is a schematic block diagram of one Embodiment of the hydrogen generator used for implementing the starting method of this invention. The raw material supply unit 1 and the water supply unit 2 are connected to a reforming unit 3 having a reforming catalyst filled therein. The raw material supplied by the raw material supply unit 1 flows out from the reforming unit 3, flows into the shift conversion unit 4 filled with shift conversion catalyst, and the gas flowing out from the shift conversion unit 4 flows into purification unit 5 filled with CO removal catalyst. To do. That is, the hydrogen generator shown in FIG. 1 includes not only the reforming section but also the shift conversion section and the purification section. Then, the gas flowing out from the purifying unit 5 passes through the three-way valve 6 as the generated gas, one is guided from the hydrogen generator to the fuel cell 7 and the other is guided to the burner 8 installed near the reforming unit 3. A flow path is formed in.
【０００８】バーナ８には燃料供給部９と燃焼用空気を
供給する空気供給部１０が設置されている。バーナ８で
の燃焼ガスは改質部３に設けられた排気口１１から排気
される。ここで、原料供給部１および燃料供給部９から
供給される原料および燃料は、天然ガス（都市ガス）も
しくはＬＰＧなどの気体状炭化水素燃料、またはガソリ
ン、灯油もしくはメタノールなどの液体状炭化水素系燃
料である。ただし、液体状燃料を用いるときには燃料の
気化部が必要となる。この場合には、改質部３およびバ
ーナ８からの伝導熱ならびに燃焼排気ガス中の顕熱など
を利用した気化部を構成することが好ましい。The burner 8 is provided with a fuel supply unit 9 and an air supply unit 10 for supplying combustion air. The combustion gas in the burner 8 is exhausted from the exhaust port 11 provided in the reforming section 3. Here, the raw materials and fuels supplied from the raw material supply unit 1 and the fuel supply unit 9 are gaseous hydrocarbon fuel such as natural gas (city gas) or LPG, or liquid hydrocarbon system such as gasoline, kerosene or methanol. It is fuel. However, when a liquid fuel is used, a fuel vaporization section is required. In this case, it is preferable to configure a vaporization section that uses conduction heat from the reforming section 3 and the burner 8 and sensible heat in the combustion exhaust gas.
【０００９】また、原料供給部１からの原料、燃料供給
部９からの燃料および空気供給部１からの空気の供給量
を調整するためには、例えばポンプもしくはファンなど
を利用して制御する方法、またはポンプもしくはファン
などの下流側に設置したバルブなどで制御する方法など
があげられる。ただし、図１においては供給量（流量）
調節器は特に図示していないが、それぞれの供給部が流
量調節器を具備しているものとして示している。なお、
図１中の矢印は、原料、燃料および反応ガスなどの流れ
の方向を示している。さらに、改質部３には内部に充填
された改質触媒の温度を測る温度検知器１２が設置さ
れ、検出した温度に応じて空気供給部１０からの空気供
給量や水供給部２からの空気供給量を制御できる構成と
なっている。ここで、温度検知器１２としては、例えば
熱電対または高温型サーミスタなどを用いることができ
る。Further, in order to adjust the supply amounts of the raw material from the raw material supply section 1, the fuel from the fuel supply section 9 and the air from the air supply section 1, for example, a control method using a pump or a fan is used. Or a method of controlling with a valve or the like installed on the downstream side of a pump or a fan. However, in Figure 1, the supply amount (flow rate)
Although the regulators are not specifically shown, each supply is shown as equipped with a flow regulator. In addition,
The arrows in FIG. 1 indicate the directions of flow of raw materials, fuel, reaction gas, and the like. Further, the reforming unit 3 is provided with a temperature detector 12 for measuring the temperature of the reforming catalyst filled therein, and depending on the detected temperature, the air supply amount from the air supply unit 10 and the water supply unit 2 are supplied. It is configured to control the air supply amount. Here, as the temperature detector 12, for example, a thermocouple or a high temperature type thermistor can be used.
【００１０】《実施の形態１》図１に示す水素発生装置
を用いて、本発明の起動方法の実施の形態１について説
明する。起動時に浄化部５から送出する生成ガス（起動
時生成ガス）をバーナ８に供給する構成とするために、
三方バルブ６の流路をバーナ側にしておく。これは、起
動時には水素発生装置中の触媒が充分に活性していない
ため、送出される生成ガスのＣＯ濃度は充分に低減され
ず、燃料電池などに用いることができないため、バーナ
８の燃焼用ガスの一部として用いるためである。まず、
空気供給部１０から燃焼用空気をバーナ８に供給した状
態で、点火装置（図示せず。）で点火動作を行いなが
ら、燃料供給部９より燃料を供給してバーナ８に火炎を
形成する。火炎の安定状態を確認した後、原料供給部１
より原料を改質部３に供給することで、バーナ８では燃
料供給部９から供給された燃料と、原料供給部１から供
給された原料が、改質部３、変成部４および浄化部５と
通過してきた起動時生成ガスとが燃焼する。<< Embodiment 1 >> Embodiment 1 of the starting method of the present invention will be described using the hydrogen generator shown in FIG. In order to provide the burner 8 with the produced gas (produced gas at startup) sent from the purification unit 5 at startup,
The flow path of the three-way valve 6 is set to the burner side. This is because the catalyst in the hydrogen generator is not sufficiently activated at the time of start-up, so the CO concentration of the produced gas is not sufficiently reduced and cannot be used in a fuel cell or the like, so that the burner 8 is used for combustion. This is because it is used as a part of gas. First,
While the combustion air is being supplied to the burner 8 from the air supply unit 10, fuel is supplied from the fuel supply unit 9 to form a flame on the burner 8 while performing an ignition operation by an ignition device (not shown). After confirming the stable state of the flame, the raw material supply unit 1
By supplying the raw material to the reforming section 3, the fuel supplied from the fuel supply section 9 and the raw material supplied from the raw material supply section 1 in the burner 8 are reformed section 3, shift conversion section 4, and purification section 5. And the generated gas at the time of startup that has passed through burns.
【００１１】その後、燃料供給部１からの燃料の供給量
を減少させて停止することで、起動時生成ガスのみ、す
なわち原料供給部１からの原料供給だけでバーナ８での
火炎を維持する。そして、原料供給部１からの原料供給
量を増加させ、その原料供給量にあわせて空気供給部１
０からの空気供給量を増加させて各部の温度を上昇させ
ることで、水素発生装置を起動させる。ここで、改質部
３はバーナ８での火炎により直接加熱されるが、変成部
４や浄化部５は、改質部３において高温化したガスが、
変成部４および浄化部５を通過することにより昇温す
る。After that, the amount of fuel supplied from the fuel supply unit 1 is reduced and stopped, so that the flame in the burner 8 is maintained only by the generated gas at startup, that is, only the raw material supply from the raw material supply unit 1. Then, the raw material supply amount from the raw material supply unit 1 is increased, and the air supply unit 1 is adjusted in accordance with the raw material supply amount.
The hydrogen generator is started by increasing the air supply amount from 0 to raise the temperature of each part. Here, the reforming section 3 is directly heated by the flame in the burner 8, but in the shift conversion section 4 and the purification section 5, the gas whose temperature is raised in the reforming section 3 is
The temperature is raised by passing through the shift conversion section 4 and the purification section 5.
【００１２】燃料供給部９から供給される燃料は改質部
３の加熱には寄与するが、変成部４および浄化部５の加
熱には直接的に関与しない。原料供給部１からの原料
は、変成部４および浄化部５を通過して起動時生成ガス
としてバーナ８に供給されるため、変成部４および浄化
部５の昇温ならびに改質部３の加熱に直接関わる。した
がって、起動時には、バーナ８での燃焼用の可燃性ガス
としては、燃料供給部９から燃料を供給するのでなく、
原料供給部１より原料を供給することによって生じる起
動時生成ガスを供給する方が、より有効である。起動時
生成ガスをバーナ８に供給している状態で、原料供給量
を増加させてバーナ８での可燃性ガス量を増加させ、そ
のガス量に見合った空気を供給すれば、バーナ８での加
熱量を増やすことができ、同時に変成部４および浄化部
５への熱媒体量も増やすことができる。これにより、水
素３０リットル／ｍｉｎ発生の水素発生装置において、
原料ガスと燃料ガスの総使用量を同一として起動したと
き、従来の起動方法に比べ、起動時間（ＣＯが２０ｐｐ
ｍ以下になる時間）を約１／２にすることができた。The fuel supplied from the fuel supply section 9 contributes to the heating of the reforming section 3, but does not directly participate in the heating of the shift conversion section 4 and the purification section 5. Since the raw material from the raw material supply unit 1 passes through the shift conversion unit 4 and the purification unit 5 and is supplied to the burner 8 as start-up generated gas, the temperature rise of the shift conversion unit 4 and the purification unit 5 and the heating of the reforming unit 3 are performed. Directly involved in. Therefore, at the time of start-up, as the combustible gas for combustion in the burner 8, the fuel is not supplied from the fuel supply unit 9,
It is more effective to supply the starting-time generated gas generated by supplying the raw material from the raw material supply unit 1. If the amount of combustible gas in the burner 8 is increased while the gas generated at startup is being supplied to the burner 8 and the amount of combustible gas in the burner 8 is increased and air corresponding to the gas amount is supplied, The amount of heating can be increased, and at the same time, the amount of heat medium to the shift conversion unit 4 and the purification unit 5 can be increased. As a result, in a hydrogen generator that generates 30 liters / min of hydrogen,
When starting with the same total amount of raw material gas and fuel gas used, starting time (CO is 20pp
It was possible to reduce the time (m or less) to about 1/2.
【００１３】ここで、起動時の初めから、原料供給部１
からの原料のみを供給し、バーナ８に火炎を形成して昇
温させることができればよいが、水素発生装置内部には
前回の運転終了時のＮ2パージによるＮ2や運転停止中に
混入した空気が存在している。そのため、原料供給部１
により供給した原料がバーナ８に至り、点火動作により
火炎を形成することができるまでには時間がかかる。す
なわち、起動後、バーナ８に火炎を形成して改質部３を
加熱し始める時間が遅くなる。特に、浄化部３、変成部
４および浄化部５の内部流路はかなり大きな容積を有し
ているため、改質部３の入口から供給した可燃性ガスが
浄化部５出口から送出されるまでの時間は一定していな
い。その上、送出されてくる起動時生成ガスには、前記
パージなどによって不可燃性ガス（Ｎ2や空気）が混ざ
っていたりする。そのため、確実に火炎を形成しようと
すると、可燃性ガスが送出される前から水素発生装置内
に混入している不可燃性ガスが全て送出されるまで、か
なり長い時間点火動作を行わなければならない。Here, from the beginning of starting, the raw material supply section 1
It suffices that only the raw material from the above is supplied to form a flame in the burner 8 to raise the temperature, but inside the hydrogen generator, N 2 due to N 2 purge at the end of the previous operation or mixed during operation stop There is air. Therefore, the raw material supply unit 1
It takes time for the raw material supplied to reach the burner 8 and form a flame by the ignition operation. That is, after starting, the time for forming a flame in the burner 8 and starting to heat the reforming section 3 is delayed. In particular, since the internal flow paths of the purifying unit 3, the shift conversion unit 4, and the purifying unit 5 have a considerably large volume, the combustible gas supplied from the inlet of the reforming unit 3 is delivered from the outlet of the purifying unit 5. The time is not constant. In addition, the produced gas at the time of start-up sent may be mixed with an incombustible gas (N 2 or air) due to the purge or the like. Therefore, in order to reliably form a flame, the ignition operation must be performed for a considerably long time before the combustible gas is delivered until all the incombustible gas mixed in the hydrogen generator is delivered. .
【００１４】通常、耐熱性および量産性などを考慮し
て、点火装置としてはイグナイタを使用するが、点火動
作時には高電圧をかけるために周囲の制御系にノイズを
与え、制御に支障をきたすおそれがある。したがって、
点火動作はできるだけ短い時間で終わらせる必要があ
る。そこで、上述したように、本発明の水素発生装置の
起動方法においては、起動開始時には燃料供給部９から
の燃料でまず火炎を形成し、その後、原料供給部１から
の原料を供給して、原料を多く含む起動時生成ガスと燃
料とにより火炎を形成してから、燃料供給部９からの燃
料供給量を減少させて停止させる。なお、燃料供給部９
からの燃料供給量を減少させて停止するとき、燃料供給
量の減少量に応じて空気供給部１０からの空気供給量も
減少させれば、バーナ８での可燃性ガスに対して適切な
空気量を確保することができるため、常に良好な燃焼排
ガスと安定な燃焼状態を実現することができる。Usually, an igniter is used as an ignition device in consideration of heat resistance and mass productivity, but since a high voltage is applied during ignition operation, noise may be applied to the surrounding control system and control may be hindered. There is. Therefore,
The ignition operation should be completed in the shortest possible time. Therefore, as described above, in the hydrogen generator start-up method of the present invention, at the start of starting, the fuel from the fuel supply unit 9 first forms a flame, and then the raw material from the raw material supply unit 1 is supplied, A flame is formed by the gas generated at the time of startup containing a large amount of raw material and the fuel, and then the fuel supply amount from the fuel supply unit 9 is reduced and stopped. The fuel supply unit 9
If the fuel supply amount from the air supply unit 10 is also reduced according to the decrease amount of the fuel supply amount when the fuel is stopped by reducing the fuel supply amount from the Since the amount can be secured, it is possible to always achieve good combustion exhaust gas and a stable combustion state.
【００１５】《実施の形態２》つぎに、本発明の実施の
形態２について説明する。実施の形態２においては、図
１に示す水素発生装置を用いる実施の形態１に係る起動
方法において、燃料供給部９からの燃料供給量を減少さ
せて停止するときに原料供給量を増加させる。これによ
れば、バーナ８での可燃性ガスの量があまり変わらない
ため、空気供給部１０からの空気供給量を変化させなく
ても、良好な燃焼状態を持続し易くなる。また、燃料供
給停止による加熱量の低下を防ぐことができる。起動時
の燃料の供給量が多く、原料の供給量が少なかった場合
には、燃料の供給を停止して原料供給だけにすると、一
時的にでもバーナ８での加熱量が大幅に減少する。その
ため、改質部３の温度上昇が緩やかになったり、ときに
は温度が低下したりする可能性がある。これに対し、燃
料供給を停止させるときに原料の供給量を増加させるこ
とで、改質部３での加熱量を維持させれば改質部３の温
度上昇を保つことができる。<Second Embodiment> Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, in the starting method according to the first embodiment using the hydrogen generator shown in FIG. 1, the fuel supply amount from the fuel supply unit 9 is reduced and the raw material supply amount is increased when the fuel supply unit 9 is stopped. According to this, since the amount of the combustible gas in the burner 8 does not change so much, it becomes easy to maintain a good combustion state without changing the air supply amount from the air supply unit 10. Further, it is possible to prevent a decrease in the heating amount due to the stop of the fuel supply. When the fuel supply amount at startup is large and the raw material supply amount is small, if the fuel supply is stopped and only the raw material is supplied, the heating amount in the burner 8 is significantly reduced even temporarily. Therefore, there is a possibility that the temperature of the reforming section 3 will gradually rise or the temperature will sometimes drop. On the other hand, by increasing the supply amount of the raw material when the fuel supply is stopped, the temperature increase of the reforming unit 3 can be maintained if the heating amount in the reforming unit 3 is maintained.
【００１６】またこのとき、燃料の減少量と同等の原料
量を原料供給部１から増加させて供給すれば、空気供給
部１０からの空気供給量を全く変化させなくても、良好
な燃焼状態を維持することができる。特に、原料および
燃料としてメタンなどの同じ炭化水素系材料を用いる
と、バーナ８での燃焼において、燃料供給部９からの燃
料に対する理論空気量と、原料供給部１からの原料の供
給により水素発生装置から送出されてバーナ８に供給さ
れた生成ガスの理論空気量とがほぼ等しくなる。したが
って、燃料の減少量にあわせて、それと同等量を原料供
給量の増加量とすれば、空気供給部１０からの供給空気
量を全く変化させなくても、燃焼状態を変えることなく
燃料の供給を停止することができる。Further, at this time, if the raw material amount equal to the decrease amount of the fuel is increased and supplied from the raw material supply unit 1, a good combustion state can be obtained without changing the air supply amount from the air supply unit 10. Can be maintained. Particularly, when the same hydrocarbon-based material such as methane is used as the raw material and the fuel, in combustion in the burner 8, the theoretical air amount for the fuel from the fuel supply section 9 and the supply of the raw material from the raw material supply section 1 generate hydrogen. The theoretical air amount of the product gas delivered from the device and supplied to the burner 8 becomes substantially equal. Therefore, if the amount of increase in the raw material supply amount is made equal to the amount of decrease in the fuel amount, it is possible to supply the fuel without changing the combustion state without changing the amount of air supplied from the air supply unit 10. Can be stopped.
【００１７】《実施の形態３》つぎに、本発明の実施の
形態３について説明する。実施の形態３においては、図
１に示す水素発生装置を用いる実施の形態１に係る起動
方法において、燃料供給部９からの燃料を停止し、原料
供給部１からの原料によりバーナ８で火炎を形成して改
質部３を加熱し、各部温度の上昇と安定化をはかってい
るとき、改質触媒の温度を温度検知器１２でモニター
し、改質触媒温度が所定値よりも高ければ空気供給部１
０からの空気供給量を増加させ、所定値よりも小さけれ
ば空気供給量を減少させ、改質触媒が所定値になるよう
に制御する。改質触媒が良好な反応を行うには、適正な
温度範囲があり、温度が低ければ反応が進む割合が低
い。逆に温度が高すぎると、反応は進むが触媒が熱劣化
を引き起こす可能性がある。したがって、何らかの手段
により改質触媒温度の適正化をはかる必要がある。<Third Embodiment> Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the third embodiment, in the starting method according to the first embodiment using the hydrogen generator shown in FIG. 1, the fuel from the fuel supply unit 9 is stopped, and the burner 8 burns the flame with the raw material from the raw material supply unit 1. The temperature of the reforming catalyst is monitored by the temperature detector 12 while the temperature of the reforming catalyst is being increased and stabilized by forming the formed reformer and heating the reforming unit 3. Supply unit 1
The air supply amount from 0 is increased, and if it is smaller than a predetermined value, the air supply amount is decreased and the reforming catalyst is controlled to have a predetermined value. In order for the reforming catalyst to carry out a good reaction, there is an appropriate temperature range, and if the temperature is low, the reaction progress rate is low. On the contrary, if the temperature is too high, the reaction proceeds but the catalyst may cause thermal deterioration. Therefore, it is necessary to optimize the temperature of the reforming catalyst by some means.
【００１８】ここで、空気供給部１０からの空気供給量
を増加させれば、バーナ８での空気量が多くなるが、燃
焼量がその空気量と等しい場合、空気量が多いほど火炎
温度は低くなって燃焼排ガス中の熱量が多くなり、排気
口１１から持ち出す熱量が多くなる。そのため、改質部
３の加熱量は少なくなり、改質触媒の温度は低下する。
逆に空気量を少なくすれば、火炎温度を上昇させること
ができるため、燃焼排ガス中の熱量は少なくなって排気
口１１から放出する熱量を少なくすることができるた
め、改質部３の加熱量を増やして改質触媒の温度を上げ
ることができる。ただし、このような現象は、バーナ８
に存在する空気量が可燃性ガスの理論空気量（可燃性ガ
スが過不足なく燃焼反応することができる空気量）より
少ないときには成り立たないが、理論空気量よりも少な
い条件で使用すれば、多量のＣＯを排出したり、排気ガ
ス流路内に多量のすすをつけることになるため、現実的
には使用しない条件である。Here, if the air supply amount from the air supply unit 10 is increased, the air amount in the burner 8 increases, but when the combustion amount is equal to the air amount, the higher the air amount, the higher the flame temperature. The heat quantity in the combustion exhaust gas increases and the heat quantity taken out from the exhaust port 11 increases. Therefore, the heating amount of the reforming section 3 is reduced and the temperature of the reforming catalyst is lowered.
On the contrary, if the amount of air is reduced, the flame temperature can be increased, so that the amount of heat in the combustion exhaust gas is reduced and the amount of heat released from the exhaust port 11 can be reduced. Can be increased to raise the temperature of the reforming catalyst. However, this phenomenon is
It does not hold when the amount of air present in the air is less than the theoretical air amount of the combustible gas (the amount of air that can burn and react with the combustible gas without excess or deficiency), but if it is used under conditions less than the theoretical air amount, a large amount Since CO will be discharged and a large amount of soot will be added to the exhaust gas passage, it is a condition not actually used.
【００１９】《実施の形態４》つぎに、本発明の実施の
形態４について説明する。実施の形態４においては、図
１に示す水素発生装置を用いる実施の形態３に係る起動
方法において、改質触媒の温度制御を、空気供給部１０
からの空気ではなく水供給部２から供給する水で行な
う。改質触媒の温度を温度検知器１２でモニターし、改
質触媒温度が所定値よりも高ければ水供給部２からの水
供給量を増加させ、所定値よりも小さければ水供給量を
減少させ、改質触媒の温度が所定値になるように制御す
る。水の供給量を増やせば、改質部３内部に存在する水
の量が増えるため、水を蒸発させるためにより多くの熱
量がとられるため、改質触媒の温度上昇に寄与する熱量
が少なくなり、改質触媒の温度は低下する。水の供給量
を減らせば、逆の理由により改質触媒の温度は上昇する
ので、水の供給量を制御することで改質触媒を適正な温
度とすることができる。<< Fourth Embodiment >> Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the fourth embodiment, in the starting method according to the third embodiment using the hydrogen generator shown in FIG. 1, the temperature control of the reforming catalyst is performed by the air supply unit 10.
Water supplied from the water supply unit 2 is used instead of the air supplied from. The temperature of the reforming catalyst is monitored by the temperature detector 12, and if the reforming catalyst temperature is higher than a predetermined value, the water supply amount from the water supply unit 2 is increased, and if it is lower than the predetermined value, the water supply amount is decreased. The temperature of the reforming catalyst is controlled to a predetermined value. When the amount of water supplied is increased, the amount of water existing inside the reforming unit 3 increases, and more heat is taken to evaporate the water, so the amount of heat contributing to the temperature rise of the reforming catalyst decreases. The temperature of the reforming catalyst decreases. If the supply amount of water is reduced, the temperature of the reforming catalyst rises for the opposite reason. Therefore, the reforming catalyst can be brought to an appropriate temperature by controlling the supply amount of water.
【００２０】なお、上記以外の方法として、改質触媒の
温度が所定値より高いときには、原料供給部１からの原
料の供給量を減少させ、低いときには増加させることも
考えられる。しかし、原料を変化させることは、加熱量
が変化したうえ、変成部４や浄化部５への熱媒体の流量
が変わることになる。また、各部とも熱容量が大きいた
め、内部を流れる流体の流量が変化すると内部の熱状態
が大きく影響を受けて易く、安定状態となるまで時間が
かかってしまう傾向がある。上記の方法では、熱媒体流
量はほとんど変化させずに、加熱量と水による加熱部で
の受熱量を変化させるので、変成部や浄化部の流れをあ
まり乱さないので、短時間で安定化させることができる
ものである。As a method other than the above, it is conceivable to decrease the supply amount of the raw material from the raw material supply unit 1 when the temperature of the reforming catalyst is higher than a predetermined value and increase it when the temperature is low. However, changing the raw material changes not only the amount of heating but also the flow rate of the heat medium to the shift conversion unit 4 and the purification unit 5. Further, since the heat capacity of each part is large, if the flow rate of the fluid flowing through the inside changes, the internal heat state is likely to be greatly affected, and it tends to take time to reach a stable state. In the above method, the heating medium flow rate is hardly changed, and the heating amount and the amount of heat received by the heating unit due to water are changed, so that the flow in the shift conversion unit and the purification unit is not disturbed so much, so that it is stabilized in a short time. Is something that can be done.
【００２１】[0021]
【発明の効果】上記したように、本発明は起動時には水
素発生装置からの送出する生成ガスをバーナに供給する
構成において、燃料と原料で火炎を形成した後、燃料を
停止して原料のみで火炎を維持し、その後原料の供給量
と空気の供給量を増加させることで、供給するガスをで
きるだけ有効利用しながら水素発生装置全体を早く昇温
させ、起動時間の短縮を実現するものである。また、燃
料と原料供給によりバーナに火炎を形成している状態で
燃料の供給を停止する時、安定した燃焼状態を確保する
ものである。さらに、原料供給による水素発生装置から
送出される可燃性ガスによりバーナに火炎を形成し、改
質部から変成部、浄化部の温度の上昇と安定化をはかっ
ている場合に、改質触媒の温度を適正な温度範囲におさ
めながら短時間の起動を実現するものである。As described above, according to the present invention, in the structure in which the generated gas delivered from the hydrogen generator is supplied to the burner at the time of start-up, after the flame is formed by the fuel and the raw material, the fuel is stopped and only the raw material is supplied. By maintaining the flame and then increasing the supply amount of raw material and the supply amount of air, the temperature of the entire hydrogen generator is raised quickly while using the supplied gas as effectively as possible, and the start-up time is shortened. . Further, when the fuel supply is stopped while the flame is being formed in the burner by the supply of the fuel and the raw material, a stable combustion state is ensured. Furthermore, when a flame is formed in the burner by the combustible gas sent from the hydrogen generator by supplying the raw material to raise and stabilize the temperature of the reforming section, the shift conversion section, and the purification section, the reforming catalyst It realizes a short-time start-up while keeping the temperature within an appropriate temperature range.
【図１】本発明の起動方法を実施するために用いる水素
発生装置の一実施の形態の概略構成図。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of a hydrogen generator used to carry out a starting method of the present invention.
１ 原料供給部 ２ 水供給部 ３ 改質部 ４ 変成部 ５ 浄化部 ６ 三方バルブ ７ 燃料電池 ８ バーナ ９ 燃料供給部 １０ 空気供給部 １１ 排気口 １２ 温度検知部 1 Raw material supply department 2 Water supply section 3 reforming section 4 Metamorphic Department 5 Purification Department 6 three-way valve 7 Fuel cell 8 burners 9 Fuel supply section 10 Air supply unit 11 exhaust port 12 Temperature detector
フロントページの続き (72)発明者 富澤 猛 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−48771（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−273684（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−184774（ＪＰ，Ａ) 特開2001−302207（ＪＰ，Ａ) 特開2001−250573（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−115770（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−192661（ＪＰ，Ａ) 特開2000−281308（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C01B 3/38 H01M 8/04 H01M 8/06 Front page continuation (72) Inventor Takeshi Tomizawa 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (56) References JP-A-63-48771 (JP, A) JP-A-8-273684 (JP) , A) JP-A-62-184774 (JP, A) JP-A-2001-302207 (JP, A) JP-A-2001-250573 (JP, A) JP-A-5-115770 (JP, A) JP-A-3- 192661 (JP, A) JP 2000-281308 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C01B 3/38 H01M 8/04 H01M 8/06
Claims (2)
および空気供給部を有するバーナと、前記バーナの近傍
に位置し前記原料供給部と前記水供給部とに連結された
改質部とを具備する水素発生装置の起動方法であって、
（ａ）起動時に前記原料供給部から前記改質部に原料を
供給し、前記水素発生装置から送出される生成ガスの少
なくとも一部を前記バーナに導き、前記燃料供給部から
の燃料と前記空気供給部からの空気と前記生成ガスとに
より前記バーナに火炎を形成する工程、ついで（ｂ）前
記燃料供給部から前記バーナへの燃料供給量を減少させ
て燃料の供給を停止し、前記空気および前記生成ガスで
火炎を形成する工程を含み、工程（ｂ）において、前記
燃料および原料が同じ炭化水素系燃料であり、前記燃料
供給部からの燃料供給量を減少させるとともに、前記原
料供給部からの原料供給量を、前記燃料供給量の減少量
と同等に増加させることを特徴とする水素発生装置の起
動方法。1. A raw material supply section, a water supply section, a burner having a fuel supply section and an air supply section, and a reformer located near the burner and connected to the raw material supply section and the water supply section. A method of starting a hydrogen generator comprising:
(A) When starting, the raw material is supplied from the raw material supply section to the reforming section, at least a part of the produced gas sent from the hydrogen generator is guided to the burner, and the fuel and the air from the fuel supply section are supplied. A step of forming a flame in the burner by the air from the supply part and the generated gas, and then (b) reducing the fuel supply amount from the fuel supply part to the burner to stop the fuel supply, look including the step of forming a flame in the product gas, in the step (b), the
The fuel and the raw material are the same hydrocarbon fuel,
In addition to reducing the fuel supply from the supply unit,
The amount of raw material supplied from the fuel supply unit
A method for starting a hydrogen generator, which is characterized by increasing the same amount as
と、水供給部と、燃料供給量調節器を有する燃料供給部
および空気供給量調節器を有する空気供給部を有するバ
ーナと、前記バーナの近傍に位置し前記原料供給部と前
記水供給部とに連結された改質部とを具備する水素発生
装置であって、原料供給量調節器、燃料供給量調節器及
び空気供給量調節器を用いて（ａ）起動時に前記原料供
給部から前記改質部に原料を供給し、前記水素発生装置
から送出される生成ガスの少なくとも一部を前記バーナ
に導き、前記燃料供給部からの燃料と前記空気供給部か
らの空気と前記生成ガスとにより前記バーナに火炎を形
成し、ついで（ｂ）前記燃料供給部から前記バーナへの
燃料供給量を減少させて燃料の供給を停止し、前記空気
および前記生成ガスで火炎を形成する際に、前記燃料お
よび原料が同じ炭化水素系燃料であり、前記燃料供給部
からの燃料供給量を減少させるとともに、前記原料供給
部からの原料供給量を、前記燃料供給量の減少量と同等
に増加させるよう動作させることを特徴とする水素発生
装置。 2. A raw material supply unit having a raw material supply amount controller.
And a fuel supply unit having a water supply unit and a fuel supply amount controller
And a bar having an air supply unit having an air supply amount controller.
Located in the vicinity of the burner and the raw material supply section in front of the burner.
Hydrogen generation having a reforming section connected to a water supply section
A device, including a raw material supply amount controller, a fuel supply amount controller, and
And (a) supply the raw material at startup with
The raw material is supplied from the supply unit to the reforming unit, and the hydrogen generator
At least part of the product gas delivered from the burner
The fuel from the fuel supply unit and the air supply unit.
A flame is formed in the burner by the air and the generated gas.
And then (b) from the fuel supply to the burner
The fuel supply is reduced to stop the fuel supply,
And when forming a flame with the generated gas, the fuel and
And the same raw material are hydrocarbon fuels, and the fuel supply unit
The fuel supply from the
The amount of raw material supplied from the same section as the amount of decrease in the amount of fuel supplied
Hydrogen generation characterized by operating so as to increase
apparatus.
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