JP4713260B2 - 水素生成装置およびその運転方法ならびに燃料電池システム - Google Patents
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Description
水蒸気改質反応によって原料を一酸化炭素と水と水素とを含む改質ガスに改質する改質器と、
前記改質ガス中の一酸化炭素と水蒸気とが変成反応する変成器と、
前記改質器に前記水を供給する水供給器と、
前記改質器に前記原料を供給する原料供給器と、
制御装置と、を備えている水素生成装置であって、
前記制御装置は、前記水素生成装置の起動および/または停止回数をカウントし、前記カウントされた起動および/または停止回数に応じて、前記原料供給器及び前記水供給器を制御して前記変成器を流通する改質ガスのS/C比を上昇させる、
あるいは、前記変成器に流入する前記改質ガスを冷却および加熱する前記改質ガス温度調節器を備え、前記制御装置は、前記水素生成装置の起動および/または停止回数をカウントし、前記カウントされた起動および/または停止回数に応じて、前記改質ガス温度調節器を制御して前記改質ガスの温度を上昇させる。
前記変成器に流入する前記改質ガスを冷却および加熱する前記改質ガス温度調節器を備え、
前記制御装置は、前記水素生成装置の累積運転時間をカウントし、前記カウントされた起動および/または停止回数と前記カウントされた水素生成装置の累積運転時間とに応じて、前記改質ガス温度調節器を制御することにより前記改質ガスの温度を上昇させるとよい。
前記制御装置は、前記水素生成装置の累積運転時間をカウントし、前記カウントされた起動および/または停止回数と前記カウントされた累積運転時間とに応じて、前記水供給器および前記原料供給器を制御することにより前記改質ガスのS/C比を上昇させるとよい。
前記変成器の改質ガス入口部において前記改質ガスの温度を検出する温度検出器をさらに備え、
前記制御装置は、前記水素生成装置の停止後の再起動時において、前記温度検出器の検出値を取得し、該検出値を結露の温度条件と比較し、該結露の温度条件に合致する場合に前記水素生成装置の起動および/または停止回数をカウントするとよい。
前記制御装置は、起動および/または停止回数に制御温度あるいは制御S/C比を対応させた制御温度データあるいは制御S/C比データを予め記憶し、
前記制御装置は、前記カウントされた起動および/または停止回数に応じて、前記制御温度データあるいは前記制御S/C比データから制御温度あるいは制御S/C比を選択し、前記改質ガスの温度が前記選択された制御温度になるように前記改質ガス温度調節器を制御、あるいは前記改質ガスのS/C比が前記選択された制御S/C比となるように前記水供給器および前記原料供給器を制御するとよい。
前記制御装置は、前記水素生成装置の累積運転時間をカウントし、前記カウントされた起動および/または停止回数と前記カウントされた累積運転時間との双方に応じて、前記制御温度データあるいは前記制御S/C比データから制御温度あるいは制御S/C比を選択し、前記検出温度器の検出温度が前記選択された制御温度になるように前記改質ガス温度調節器を制御、あるいは前記改質ガスのS/C比が前記選択された制御S/C比となるように前記水供給器および前記原料供給器を制御するとよい。
前記制御装置は、起動および/または停止回数と累積運転時間との双方に制御温度あるいは制御S/C比を対応させた制御温度データあるいは制御S/C比データを記憶し、前記カウントされた起動および/または停止回数と前記カウントされた累積運転時間との双方に応じて、前記制御温度データあるいは前記制御S/C比データから制御温度あるいは制御S/C比を選択して、前記検出温度器の検出温度が前記選択された制御温度になるように前記改質ガス温度調節器を制御、あるいは前記改質ガスのS/C比が前記選択された制御S/C比となるように前記水供給器および前記原料供給器を制御するとよい。
前記変成器流通後の改質ガスに酸化剤を加える酸化剤供給器と、
前記酸化剤が加えられた前記改質ガス中の一酸化炭素と前記酸化剤とが選択酸化反応する一酸化炭素選択酸化器とをさらに備え、
前記制御装置は、制御温度あるいは制御S/C比における前記変成反応後の改質ガスの一酸化炭素濃度を該制御温度あるいは前記制御S/C比と関連づけた一酸化炭素濃度データを予め記憶し、
前記制御装置は、前記選択された制御温度あるいは前記選択された制御S/C比に対応する一酸化炭素濃度を前記一酸化炭素濃度データから選択し、改質ガス流量と前記選択された一酸化炭素濃度とから制御酸化剤流量を演算し、前記制御酸化剤流量の酸化剤を前記改質ガスに加えるよう前記酸化剤供給器を制御するとよい。
前記改質ガス温度調節器は、前記改質器と前記変成器とを連通する改質ガス流路の前記改質ガスを水冷して該改質ガスの温度を調節するように構成され、
前記水冷に用いられた水が前記改質器に供給されるとよい。
燃料電池と、
請求項1に記載の水素生成装置と、を有し、
前記水素生成装置は、前記燃料電池に前記変成器を通過した改質ガスを燃料ガスとして供給し、
前記水素生成装置は、前記燃料電池に連動して起動および停止し、前記燃料電池の発電出力に応じて前記改質ガスの供給量を調節する、燃料電池システムであって、
前記水素生成装置の制御装置は、前記燃料電池の起動および/または停止回数をカウントする。
燃料電池と、
請求項7または8に記載の水素生成装置と、を有し、
前記水素生成装置は、前記燃料電池に前記変成器を通過した改質ガスを燃料ガスとして供給し、
前記水素生成装置は、前記燃料電池に連動して起動および停止し、前記燃料電池の発電出力に応じて前記改質ガスの供給量を調節する、燃料電池システムであって、
前記水素生成装置の制御装置は、前記燃料電池の起動および/または停止回数と前記燃料電池の累積運転時間とをカウントする。
前記変成器流通後の前記改質ガスの一酸化炭素濃度を検出する一酸化炭素濃度検出器をさらに備え、
前記制御装置は、前記改質ガスの一酸化炭素濃度の上限値を予め記憶し、
前記制御装置は、前記一酸化炭素濃度検出器の検出値と前記上限値とを対比して、前記検出値が前記上限値を超える場合に、前記変成器を流通する改質ガスの温度あるいはS/C比を上昇させるとよい。
水蒸気改質反応によって原料を一酸化炭素と水と水素とを含む改質ガスに改質する改質器と、
前記改質ガス中の一酸化炭素と水蒸気とが変成反応する変成器と、
前記改質器に前記水を供給する水供給器と、
前記改質器に前記原料を供給する原料供給器と、を備えている水素生成装置の運転方法であって、
前記水素生成装置の起動および/または停止回数をカウントするステップと、
前記カウントされた起動および/または停止回数に応じて、前記変成器を流通する改質ガスの温度あるいはS/C比を上昇させるステップと、を有する。
前記変成器流通後の改質ガスに酸化剤を加える酸化剤供給器と、
前記酸化剤が加えられた前記改質ガス中の一酸化炭素と前記酸化剤とが選択酸化反応する一酸化炭素選択酸化器とをさらに備え、
起動および/または停止回数に制御温度を対応させた制御温度データと、制御温度における前記変成反応後の改質ガスの一酸化炭素濃度を該制御温度と関連づけた一酸化炭素濃度データを記憶するステップと、
前記カウントされた起動および/または停止回数に応じて前記制御温度データから制御温度を選択するステップと、
前記改質ガス温度調節器により前記改質ガスの温度を前記選択された制御温度に調節するステップと、
前記選択された制御温度に対応する一酸化炭素濃度を前記一酸化炭素濃度データから選択するステップと、
改質ガス流量と前記選択された一酸化炭素濃度とから制御酸化剤流量を演算するステップと、
前記酸化剤供給器により前記制御酸化剤流量の酸化剤を前記改質ガスに加えるステップと、を有するとよい。
前記変成器流通後の改質ガスに酸化剤を加える酸化剤供給器と、
前記酸化剤が加えられた前記改質ガス中の一酸化炭素と前記酸化剤とが選択酸化反応する一酸化炭素選択酸化器とをさらに備え、
起動および/または停止回数に制御S/C比を対応させた制御S/C比データならびに制御S/C比に対応する前記変成反応後の改質ガスの一酸化炭素濃度を該制御S/C比と関連づけた一酸化炭素濃度データを記憶するステップと、
前記カウントされた起動および/または停止回数に応じて、前記制御S/C比データから制御S/C比を選択するステップと、
前記水供給器および前記原料供給器により前記改質ガスのS/C比を前記選択された制御S/C比に調節するステップと、
前記選択された制御S/C比に対応する一酸化炭素濃度を前記一酸化炭素濃度データから選択するステップと、
改質ガス流量と前記選択された一酸化炭素濃度とから制御酸化剤流量を演算するステップと、
前記酸化剤供給器により前記制御酸化剤流量の酸化剤を前記改質ガスに加えるステップと、を有するとよい。
前記水素生成装置は、前記カウントされた起動および/または停止回数を表示または出力する出力器を備え、
前記出力器の表示または出力に応じて、前記変成器を流通する改質ガスの温度あるいはS/C比を上昇させるステップを有するとよい。
図1は、本発明の実施の形態1の水素生成装置を模式的に示す構成図である。
変形例1は、水素生成装置50の停止および再起動時の動作における回数nのカウント条件を追加する変形例である。したがって、水素生成装置50の停止および再起動時の動作以外には変更はないので、水素生成装置50の構成等の説明は省略する。
実施の形態2は、実施の形態1の制御温度Tnの設定条件に変成器6の累積運転時間hを追加する実施の形態である。したがって、n−Tnデータマップ以外は、実施の形態1と同様なので、水素生成装置50の構成等の説明は省略し、相違点のみを説明する。
ステップS8およびステップS9は、図3と同じである。ただし、累積運転時間hのカウントを中断および再開する。ここでは、制御装置12が累積運転時間hのカウントを中断および再開を行う。
本発明の実施の形態3の水素生成装置においては、実施の形態2と同様の構成であって、水素生成装置50は、改質ガスのS/C比を調節するように構成されている。具体的には、変成器6の回数nおよび累積運転時間hの増大に従って、改質ガス中の水分を増やす、すなわち、改質ガスのS/C比を大きくする。これによって、変成反応を促進することができる(前記特許文献1参照)。
図9は、本発明の実施の形態4の水素生成装置を模式的に示す構成図である。
図10は、本発明の実施の形態5の燃料電池システムを模式的に示す構成図である。
図11は、本発明の実施の形態6の水素生成装置を模式的に示す構成図である。図11の水素生成装置52は運転制御装置12が運転表示出力装置(出力器)105を有する点においてのみ、図1の水素生成層装置50と異なっている。したがって、運転表示出力装置105以外は、実施の形態1と同様なので、水素生成装置52のその他構成および動作の説明は省略し、相違点のみを説明する。
図12は、本発明の実施の形態7の水素生成装置を模式的に示す構成図である。図12の水素生成装置53は、一酸化炭素濃度検出器106を有する点においてのみ、図1の水素生成装置50と異なっている。したがって、一酸化炭素濃度検出器106の構造以外は、実施の形態1と同様なので、水素生成装置53のその他構成および動作の説明は省略し、相違点のみを説明する。
2 原料流路
2A 原料供給器
3 水流路
3A 水供給器
3B 迂回水流路
4 加熱器
5 改質ガス冷却器
6 変成器
6A 変成触媒体
7A 入口側温度検出器
7B 出口側温度検出器
8A,8B、8C、改質ガス流路
9 空気流路
9A 空気供給器
10 一酸化炭素選択酸化器
12 制御装置
50、51、52,53 水素生成装置
100 燃料電池
101 空気流路
101A 空気供給器
102 水回収器
102A 回収水流路
103 オフガス流路
104 排出空気流路
105 運転表示出力装置
106 一酸化炭素濃度検出器
n 起動および/または停止回数
P 改質ガス流量
Q 供給空気流量
Qn、Qnh 制御空気流量
h 累積運転時間
Tn、Tnh 制御温度
TA 入口側検出温度
TB 出口側検出温度
TC 回数判定温度
Xn CO濃度
Claims (24)
- 水蒸気改質反応によって原料を一酸化炭素と水と水素とを含む改質ガスに改質する改質器と、
前記改質ガス中の一酸化炭素と水蒸気とが変成反応する変成器と、
前記改質器に前記水を供給する水供給器と、
前記改質器に前記原料を供給する原料供給器と、
制御装置と、を備えている水素生成装置であって、
前記制御装置は、前記水素生成装置の起動および/または停止回数をカウントし、前記カウントされた起動および/または停止回数に応じて、前記原料供給器及び前記水供給器を制御して前記変成器を流通する改質ガスのS/C比を上昇させる、
あるいは、前記変成器に流入する前記改質ガスを冷却および加熱する前記改質ガス温度調節器を備え、前記制御装置は、前記水素生成装置の起動および/または停止回数をカウントし、前記カウントされた起動および/または停止回数に応じて、前記改質ガス温度調節器を制御して前記改質ガスの温度を上昇させる、水素生成装置。 - 前記変成器に流入する前記改質ガスを冷却および加熱する前記改質ガス温度調節器を備え、
前記制御装置は、前記水素生成装置の累積運転時間をカウントし、前記カウントされた起動および/または停止回数と前記カウントされた水素生成装置の累積運転時間とに応じて、前記改質ガス温度調節器を制御することにより前記改質ガスの温度を上昇させる、請求項1に記載の水素生成装置。 - 前記制御装置は、前記水素生成装置の累積運転時間をカウントし、前記カウントされた起動および/または停止回数と前記カウントされた累積運転時間とに応じて、前記水供給器および前記原料供給器を制御することにより前記改質ガスのS/C比を上昇させる、請求項1に記載の水素生成装置。
- 前記変成器の改質ガス入口部において前記改質ガスの温度を検出する温度検出器をさらに備え、
前記制御装置は、前記水素生成装置の停止後の再起動時において、前記温度検出器の検出値を取得し、該検出値を結露の温度条件と比較し、該結露の温度条件に合致する場合に前記水素生成装置の起動および/または停止回数をカウントする、請求項1に記載の水素生成装置。 - 前記制御装置は、起動および/または停止回数に制御温度を対応させた制御温度データを予め記憶し、
前記制御装置は、前記カウントされた起動および/または停止回数に応じて、前記制御温度データから制御温度を選択し、前記改質ガスの温度が前記選択された制御温度になるように前記改質ガス温度調節器を制御する、請求項1に記載の水素生成装置。 - 前記制御装置は、起動および/または停止回数に制御S/C比を対応させた制御S/C比データを予め記憶し、
前記制御装置は、前記カウントされた起動および/または停止回数に応じて、前記制御S/C比データから制御S/C比を選択し、前記改質ガスのS/C比が前記選択された制御S/C比となるように前記水供給器および前記原料供給器を制御する、請求項1に記載の水素生成装置。 - 前記制御装置は、前記水素生成装置の累積運転時間をカウントし、
前記カウントされた起動および/または停止回数と前記カウントされた累積運転時間との双方に応じて、前記制御温度データから制御温度を選択し、前記検出温度器の検出温度が前記選択された制御温度になるように前記改質ガス温度調節器を制御する、請求項5に記載の水素生成装置。 - 前記制御装置は、前記水素生成装置の累積運転時間をカウントし、
前記カウントされた起動および/または停止回数と前記カウントされた累積運転時間との双方に応じて、前記制御S/C比データから制御S/C比を選択し、前記改質ガスのS/C比が前記選択された制御S/C比となるように前記水供給器および前記原料供給器を制御する、請求項6に記載の水素生成装置。 - 前記制御装置は、起動および/または停止回数と累積運転時間との双方に制御温度を対応させた制御温度データを記憶し、前記カウントされた起動および/または停止回数と前記カウントされた累積運転時間との双方に応じて、前記制御温度データから制御温度を選択し、前記検出温度器の検出温度が前記選択された制御温度になるように前記改質ガス温度調節器を制御する、請求項7に記載の水素生成装置。
- 前記制御装置は、起動および/または停止回数と累積運転時間との双方に制御S/C比を対応させた制御S/C比データを記憶し、前記カウントされた起動および/または停止回数と前記カウントされた累積運転時間との双方に応じて、前記制御S/C比データから制御S/C比を選択し、前記改質ガスのS/C比が前記選択された制御S/C比となるように前記水供給器および前記原料供給器を制御する、請求項8に記載の水素生成装置。
- 前記変成器流通後の改質ガスに酸化剤を加える酸化剤供給器と、
前記酸化剤が加えられた前記改質ガス中の一酸化炭素と前記酸化剤とが選択酸化反応する一酸化炭素選択酸化器とをさらに備え、
前記制御装置は、制御温度における前記変成反応後の改質ガスの一酸化炭素濃度を該制御温度と関連づけた一酸化炭素濃度データを予め記憶し、
前記制御装置は、前記選択された制御温度に対応する一酸化炭素濃度を前記一酸化炭素濃度データから選択し、改質ガス流量と前記選択された一酸化炭素濃度とから制御酸化剤流量を演算し、前記制御酸化剤流量の酸化剤を前記改質ガスに加えるよう前記酸化剤供給器を制御する、請求項5に記載の水素生成装置。 - 前記変成器流通後の改質ガスに酸化剤を加える酸化剤供給器と、
前記酸化剤が加えられた前記改質ガス中の一酸化炭素と前記酸化剤とが選択酸化反応する一酸化炭素選択酸化器とをさらに備え、
前記制御装置は、制御S/C比における前記変成反応後の改質ガスの一酸化炭素濃度を該制御S/C比と関連づけた一酸化炭素濃度データを予め記憶し、
前記制御装置は、前記選択された制御S/C比に対応する一酸化炭素濃度を前記一酸化炭素濃度データから選択し、改質ガス流量と前記選択された一酸化炭素濃度とから制御酸化剤流量を演算し、前記制御酸化剤流量の酸化剤を前記改質ガスに加えるよう前記酸化剤供給器を制御する、請求項6に記載の水素生成装置。 - 前記改質ガス温度調節器は、前記改質器と前記変成器とを連通する改質ガス流路の前記改質ガスを水冷して該改質ガスの温度を調節するように構成され、
前記水冷に用いられた水が前記改質器に供給される、請求項1に記載の水素生成装置。 - 燃料電池と、
請求項1に記載の水素生成装置と、を有し、
前記水素生成装置は、前記燃料電池に前記変成器を通過した改質ガスを燃料ガスとして供給し、
前記水素生成装置は、前記燃料電池に連動して起動および停止し、前記燃料電池の発電出力に応じて前記改質ガスの供給量を調節する、燃料電池システムであって、
前記水素生成装置の制御装置は、前記燃料電池の起動および/または停止回数をカウントする、燃料電池システム。 - 燃料電池と、
請求項7に記載の水素生成装置と、を有し、
前記水素生成装置は、前記燃料電池に前記変成器を通過した改質ガスを燃料ガスとして供給し、
前記水素生成装置は、前記燃料電池に連動して起動および停止し、前記燃料電池の発電出力に応じて前記改質ガスの供給量を調節する、燃料電池システムであって、
前記水素生成装置の制御装置は、前記燃料電池の起動および/または停止回数と前記燃料電池の累積運転時間とをカウントする、燃料電池システム。 - 燃料電池と、
請求項8に記載の水素生成装置と、を有し、
前記水素生成装置は、前記燃料電池に前記変成器を通過した改質ガスを燃料ガスとして供給し、
前記水素生成装置は、前記燃料電池に連動して起動および停止し、前記燃料電池の発電出力に応じて前記改質ガスの供給量を調節する、燃料電池システムであって、
前記水素生成装置の制御装置は、前記燃料電池の起動および/または停止回数と前記燃料電池の累積運転時間とをカウントする、燃料電池システム。 - 前記制御装置は、前記カウントされた起動および/または停止回数を表示または出力する出力器を備えている、請求項1に記載の水素生成装置。
- 前記変成器流通後の前記改質ガスの一酸化炭素濃度を検出する一酸化炭素濃度検出器をさらに備え、
前記制御装置は、前記改質ガスの一酸化炭素濃度の上限値を予め記憶し、
前記制御装置は、前記一酸化炭素濃度検出器の検出値と前記上限値とを対比して、前記検出値が前記上限値を超える場合に、前記変成器を流通する改質ガスの温度あるいはS/C比を上昇させる、請求項1に記載の水素生成装置。 - 水蒸気改質反応によって原料を一酸化炭素と水と水素とを含む改質ガスに改質する改質器と、
前記改質ガス中の一酸化炭素と水蒸気とが変成反応する変成器と、
前記改質器に前記水を供給する水供給器と、
前記改質器に前記原料を供給する原料供給器と、を備えている水素生成装置の運転方法であって、
前記水素生成装置の起動および/または停止回数をカウントするステップと、
前記カウントされた起動および/または停止回数に応じて、前記変成器を流通する改質ガスの温度あるいはS/C比を上昇させるステップと、を有する水素生成装置の運転方法。 - 前記変成器に流入する前記改質ガスを冷却および加熱する前記改質ガス温度調節器を備え、
前記改質ガス温度調節器により、前記改質ガスの温度を上昇させる、請求項19に記載の水素生成装置の運転方法。 - 前記水供給器および前記原料供給器により、前記改質ガスのS/C比を上昇させる、請求項19に記載の水素生成装置の運転方法。
- 前記変成器流通後の改質ガスに酸化剤を加える酸化剤供給器と、
前記酸化剤が加えられた前記改質ガス中の一酸化炭素と前記酸化剤とが選択酸化反応する一酸化炭素選択酸化器とをさらに備え、
起動および/または停止回数に制御温度を対応させた制御温度データと、制御温度における前記変成反応後の改質ガスの一酸化炭素濃度を該制御温度と関連づけた一酸化炭素濃度データを記憶するステップと、
前記カウントされた起動および/または停止回数に応じて前記制御温度データから制御温度を選択するステップと、
前記改質ガス温度調節器により前記改質ガスの温度を前記選択された制御温度に調節するステップと、
前記選択された制御温度に対応する一酸化炭素濃度を前記一酸化炭素濃度データから選択するステップと、
改質ガス流量と前記選択された一酸化炭素濃度とから制御酸化剤流量を演算するステップと、
前記酸化剤供給器により前記制御酸化剤流量の酸化剤を前記改質ガスに加えるステップと、を有する請求項19に記載の水素生成装置の運転方法。 - 前記変成器流通後の改質ガスに酸化剤を加える酸化剤供給器と、
前記酸化剤が加えられた前記改質ガス中の一酸化炭素と前記酸化剤とが選択酸化反応する一酸化炭素選択酸化器とをさらに備え、
起動および/または停止回数に制御S/C比を対応させた制御S/C比データならびに制御S/C比に対応する前記変成反応後の改質ガスの一酸化炭素濃度を該制御S/C比と関連づけた一酸化炭素濃度データを記憶するステップと、
前記カウントされた起動および/または停止回数に応じて、前記制御S/C比データから制御S/C比を選択するステップと、
前記水供給器および前記原料供給器により前記改質ガスのS/C比を前記選択された制御S/C比に調節するステップと、
前記選択された制御S/C比に対応する一酸化炭素濃度を前記一酸化炭素濃度データから選択するステップと、
改質ガス流量と前記選択された一酸化炭素濃度とから制御酸化剤流量を演算するステップと、
前記酸化剤供給器により前記制御酸化剤流量の酸化剤を前記改質ガスに加えるステップと、を有する請求項19に記載の水素生成装置の運転方法。 - 前記水素生成装置は、前記カウントされた起動および/または停止回数を表示または出力する出力器を備え、
前記出力器の表示または出力に応じて、前記変成器を流通する改質ガスの温度あるいはS/C比を上昇させるステップを有する、請求項19に記載の水素生成装置の運転方法。
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