JP5528109B2 - 水素生成装置及び燃料電池システム - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。図2は、図1の水素生成装置の備える脱硫器の交換の要否を判定する制御プログラムを示すフローチャートである。図3は、原料供給量の積算値の第1の閾値と第2の閾値との関係を示す棒グラフである。図4は、原料供給量の積算値と水素生成装置の動作との関係を示す棒グラフである。以下、図1乃至図4を参照しながら、本実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムについて説明する。
第1実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムにおいては、原料供給量そのものを計測する計測器(直接的に計測する計測器)を用い、この計測器により原料供給量そのものを計測する場合について説明した。当該変形例においては、原料供給量そのものを計測する計測器のかわりに、原料供給量に関連する物理量を計測する計測器(間接的に計測する計測器)を用いる。「原料供給量に関連する物理量」としては、前述のように、例えば、改質器への水の供給量や、水素生成装置の運転時間、水素生成装置と燃料電池を組み合わせた燃料電池システムの場合であれば、燃料電池の発電量、燃料電池からの排熱回収量、燃料電池の発電時間等の物理量が挙げられる。それ以外の構成については、第1実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムの構成と同じである。
図5は、第2実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。以下、図5を参照しながら、本実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムについて説明する。
図6は、第3実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。図7は、硫黄濃度取得器によって取得された硫黄濃度と、第1の閾値A及び第2の閾値Bとの対応関係を示す図である。以下、図6及び図7を参照しながら、本実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムについて説明する。
図8は、第4実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。図9は、原料中の硫黄濃度に間接的に関係する情報(原料である都市ガスの供給会社(ガス供給主体))と、第1の閾値A及び第2の閾値Bとの対応関係を示す図である。以下、図8及び図9を参照しながら、本実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムについて説明する。
図10は、本発明の第5実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。図11は、本実施形態における、原料供給量の積算値の第1の閾値と第2の閾値との関係を示す棒グラフである。図12は、原料供給量の積算値と水素生成装置の動作との関係を示す棒グラフである。以下、図10乃至図12を参照しながら、本実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムについて説明する。なお、本実施形態の水素生成装置の制御プログラムは、原料供給量の積算値における第2の閾値Bが異なる以外は、第1実施形態の制御プログラム(図2)と同じである。
本発明の第6実施形態は、実施の形態1を簡略化したものである。本実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムは、基本的な構成は第1実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムと同じであるが、原料供給量の積算値(硫黄化合物の除去量の積算値)が第1の閾値A(第1の閾値)を超えてしまっても、水素生成装置及び燃料電池システムが運転を停止しないで、運転を継続する点で第1実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムと異なる。以下、この相違点を説明する。具体的には、本実施形態の水素生成装置10及び燃料電池システム100は、ハードウェアの構成は図1のブロック図に示されている第1実施形態の水素生成装置10及び燃料電池システム100と同じであり、脱硫器7の交換の要否の判定に関する動作が異なる。
=500000−30
=499970(NL)
また、以上の測定結果より、閾値設定部43が、第2の閾値Bを以下のようにして算出した。
=499970−100
=499870(NL)
このようにして、閾値設定部43により算出された第1の閾値A及び第2の閾値Bが記憶部42に格納され設定された。
2 原料供給器
3 原料流量計(原料供給量の計測器)
4 原料供給流路
5 第1接続部
6 センサ(交換情報取得器)
7 脱硫器
8 上限吸着量取得器(上限吸着量情報取得器)
9 硫黄濃度取得器(硫黄濃度情報取得器)
10 水素生成装置
12 第2接続部
17 改質器
19 燃焼器
20 燃料処理器
21 空気供給器
25 水供給器
27 燃料ガス供給流路
30 報知器
31 燃料ガス排出流路
33 バイパス流路
40 制御器
41 演算部
42 記憶部
43 閾値設定部(閾値設定器)
45 入力部
46 学習部
50 燃料電池
51 高分子電解質膜
52 アノード
53 カソード
60 酸化剤ガス供給器
62 酸化剤ガス供給流路
64 酸化剤ガス排出流路
71 第1の三方弁
71a,72a 第1のポート
71b,72b 第2のポート
71c,72c 第3のポート
72 第2の三方弁
100 燃料電池システム
301 原料の流れ
302 原料及び燃料ガスの流れ
303 燃料ガス及びオフガスの流れ
A 第1の閾値
B 第2の閾値
L 原料供給量の積算値の上限値
Claims (15)
- 原料を供給され、該原料中の硫黄化合物を除去する脱硫器と、
該脱硫器を通過した原料から水素含有ガスを生成する改質器と、
前記脱硫器で除去される前記硫黄化合物の量(以下、硫黄化合物の除去量という。)を計測する計測器と、
制御器と、を備え、前記水素生成装置の運転中に前記計測器で計測される前記硫黄化合物の除去量の積算値が前記第1の閾値以上になった場合には、前記水素生成装置の運転を停止するように構成された水素生成装置であって、
前記制御器は、前記計測器で計測される硫黄化合物の除去量の積算値が第1の閾値未満で前記水素生成装置の停止処理が開始され、前記計測器で計測される前記硫黄化合物の除去量の積算値が前記第1の閾値より小さい第2の閾値以上である場合、次回の起動を許可しないよう構成されている、水素生成装置。 - 前記脱硫器の硫黄化合物の除去量の上限値に関係する情報(以下、「上限除去量情報」という。)を取得する上限除去量情報取得器と、前記取得された上限除去量情報に基づき前記第1の閾値及び第2の閾値のうちの少なくとも一方を設定する閾値設定器と、を備えた、請求項1に記載の水素生成装置。
- 前記原料中の硫黄濃度に関係する情報(以下、「硫黄濃度情報」という。)を取得する硫黄濃度情報取得器と、前記取得された硫黄濃度情報に基づき前記第1の閾値及び第2の閾値のうちの少なくとも一方を設定する閾値設定器と、を備えた、請求項1に記載の水素生成装置。
- 前記制御器は、前記計測される硫黄化合物の除去量の積算値が第1の閾値未満で前記水素生成装置の停止処理が開始された後、前記計測される前記硫黄化合物の除去量の積算値が前記第1の閾値より小さい第2の閾値以上になった場合は、前記脱硫器の交換を促す動作を行うよう構成されている、請求項1から3のいずれかに記載の水素生成装置。
- 報知器をさらに備え、
前記制御器は、前記脱硫器の交換を促す動作として、前記脱硫器の交換が必要である旨を前記報知器を用いて報知するよう構成されている、請求項4に記載の水素生成装置。 - 前記脱硫器は、該原料中の硫黄化合物を吸着除去する吸着除去剤を備える、請求項1から5のいずれかに記載の水素生成装置。
- 前記第2の閾値が前記第1の閾値から少なくとも水素生成装置の起動時に必要とされる原料の供給量の積算値分の硫黄化合物の除去量を減じた値である、請求項1から6のいずれかに記載の水素生成装置。
- 前記第2の閾値が前記第1の閾値から水素生成装置の起動時に必要とされる原料供給量の積算値分の硫黄化合物の除去量及び前記水素生成装置の運転時の原料供給量の平均積算値分の硫黄化合物の除去量未満の値との総和を減じた値である、請求項7に記載の水素生成装置。
- 前記制御器は、前記脱硫器を交換した後に前記計測器で計測される硫黄化合物の除去量の積算量を0にリセットするよう構成されている、請求項1から8のいずれかに記載の水素生成装置。
- 前記制御器は、前記水素生成装置の運転中に前記計測器で計測される前記硫黄化合物の除去量の積算値が前記第1の閾値以上になった場合に、前記水素生成装置の運転を継続し、その後、該水素生成装置が停止した場合に、起動を許可しないよう構成されている、請求項1から9のいずれかに記載の水素生成装置。
- 前記脱硫器の硫黄化合物の除去量の上限値に関係する情報(以下、「上限除去量情報」という。)を取得する上限除去量情報取得器と、前記取得された上限除去量情報に基づき前記第1の閾値を設定する閾値設定器と、を備えた、請求項1に記載の水素生成装置。
- 前記原料中の硫黄濃度に関係する情報(以下、「硫黄濃度情報」という。)を取得する硫黄濃度情報取得器と、前記取得された硫黄濃度情報に基づき前記第1の閾値を設定する閾値設定器と、を備えた、請求項1に記載の水素生成装置。
- 前記制御器は、前記計測器で計測される硫黄化合物の除去量の積算値が前記第1の閾値以上になった場合、前記脱硫器の交換を促す動作を行うよう構成されている、請求項1、11及び12のいずれかに記載の水素生成装置。
- 報知器をさらに備え、
前記制御器は、前記脱硫器の交換を促す動作として前記脱硫器の交換が必要である旨を前記報知器を用いて報知するよう構成されている、請求項13に記載の水素生成装置。 - 請求項1から14のいずれかに記載の水素生成装置と、前記水素生成装置から供給される水素含有ガスを用いて発電を行う燃料電池と、を備えた、燃料電池システム。
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