JP5613432B2 - 水素製造装置、燃料電池システム及び水素製造装置の起動方法 - Google Patents
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- 原燃料及び水蒸気を用いて、水素を含有する改質ガスを生成する水素製造装置であって、
バーナと、
前記バーナの火炎を囲むように設けられた燃焼筒と、
前記燃焼筒を囲むように筒状に設けられ、前記原燃料及び前記水蒸気を改質反応させて前記改質ガスを生成する改質部と、
前記バーナの排ガスが前記燃焼筒の外側と前記改質部の内側との間を流通した後に、前記改質部の外側を流通するように形成されるとともに、前記改質部の外側を流通した前記排ガスが流通する延在部分を有し、筒状に設けられた排ガス流路と、
前記延在部分に囲まれるように筒状に設けられ、前記改質部で生成された前記改質ガスをシフト反応させて前記改質ガスの一酸化炭素濃度を低下させる低温シフト反応部と、
前記延在部分を囲むように筒状に設けられ、貯留された水を周囲の熱によって加熱して前記水蒸気を生成する蒸発部と、
前記蒸発部を囲むように筒状に設けられ、前記低温シフト反応部でシフト反応させられた前記改質ガスを選択酸化反応させて前記一酸化炭素濃度を更に低下させる選択酸化反応部と、を備えることを特徴とする水素製造装置。 - 前記低温シフト反応部の上流側の端部は、前記選択酸化反応部の上流側の端部よりも上流側に位置していることを特徴とする請求項1記載の水素製造装置。
- 前記蒸発部に貯留された前記水の水面の位置を調整する制御部を更に備え、
前記制御部は、前記蒸発部の上流側が上側の場合には、前記水面の位置が前記低温シフト反応部の上流側の端部及び前記選択酸化反応部の上流側の端部よりも上流側となるように、前記水面の位置を調整し、前記蒸発部の下流側が上側の場合には、前記水面の位置が前記低温シフト反応部の下流側の端部及び前記選択酸化反応部の下流側の端部よりも下流側となるように、前記水面の位置を調整することを特徴とする請求項1又は2記載の水素製造装置。 - 前記蒸発部に導入される前記水を、前記選択酸化反応部から導出された前記改質ガスの熱によって予熱する予熱部を更に備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載の水素製造装置。
- 前記改質部を囲み、かつ前記排ガス流路のうち前記改質部の外側を通る部分に囲まれるように筒状に設けられ、前記低温シフト反応部よりも上流側において、かつ前記低温シフト反応部よりも高温で、前記改質部で生成された前記改質ガスをシフト反応させて前記改質ガスの一酸化炭素濃度を低下させる高温シフト反応部を更に備え、
前記改質ガスのシフト反応が前記高温シフト反応部及び前記低温シフト反応部で行われる場合には、前記蒸発部の上流側の端部は、前記高温シフト反応部の下流側の端部の外側に位置していることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項記載の水素製造装置。 - 前記改質ガスのシフト反応が前記低温シフト反応部のみで行われる場合には、前記蒸発部の上流側の端部は、前記改質部の上流側の端部の外側に位置していることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項記載の水素製造装置。
- 請求項1〜6のいずれか一項記載の水素製造装置と、
前記水素製造装置によって生成された前記改質ガスを用いて発電を行う燃料電池スタックと、を備えることを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項1〜6のいずれか一項記載の水素製造装置の起動方法であって、
前記バーナを着火する工程と、
前記バーナを着火した後に、前記改質部、前記低温シフト反応部、前記選択酸化反応部及び蒸発部の少なくとも一つの温度が第1の温度に達した場合に、前記蒸発部に前記水を導入する工程と、
前記蒸発部に前記水を導入した後に、前記改質部、前記低温シフト反応部及び前記選択酸化反応部の少なくとも一つの温度が前記第1の温度よりも高い第2の温度に達した場合に、前記蒸発部で生成された前記水蒸気と共に前記原燃料を前記改質部に導入し、前記選択酸化反応部に空気を導入する工程と、を備えることを特徴とする水素製造装置の起動方法。 - 請求項1〜6のいずれか一項記載の水素製造装置の起動方法であって、
前記バーナを着火する工程と、
前記バーナを着火した後に、前記改質部、前記低温シフト反応部、前記選択酸化反応部及び蒸発部の少なくとも一つの温度が第1の温度に達した場合に、前記蒸発部に前記水を導入する工程と、
前記蒸発部に前記水を導入した後に、前記改質部、前記低温シフト反応部及び前記選択酸化反応部の少なくとも一つの温度が前記第1の温度よりも高い第2の温度に達した場合に、前記蒸発部で生成された前記水蒸気と共に前記原燃料を前記改質部に導入し、改質ガスを生成する工程と、
前記改質ガスを生成した後に、前記バーナの燃料を前記原燃料から前記改質ガスに切り替え、前記バーナの火炎温度が所定の温度に達した場合に、前記選択酸化反応部に空気を導入する工程と、を備えることを特徴とする水素製造装置の起動方法。
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