JP5870269B2 - 水素生成装置および燃料電池システム - Google Patents
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Description
以下、本発明による水素生成装置の第1の実施形態を説明する。
CO+3H2⇔CH4+H2O (1)
しかしながら、メタン化触媒の温度が最適な温度範囲を超えて上昇すると、(2)式に示すCO2のメタン化が加速し始める。
CO2+4H2⇔CH4+2H2O (2)
(2)式に示すCO2のメタン化反応が加速し始めると、発熱量が増加し、メタン化器6の温度がさらに上昇する。メタン化器6の温度が上昇すると、(2)式の平衡は右方向に移動し、CO2のメタン化反応がさらに加速される。この結果、温度上昇率が極めて大きくなり(例えば2.5℃/分)、その温度上昇を抑制する手段を講じなければ、メタン化触媒の耐熱温度を超え、劣化を招くことになる。なお、上記耐熱温度とは、水素生成装置で保障された耐久寿命を維持することが可能なメタン化触媒の温度として定義される。
以下、本発明による燃料電池システムの第2の実施形態を説明する。本実施形態の燃料電池システムは、図1を参照しながら前述した水素生成装置100と、水素生成装置100で生成された水素を利用する水素利用機器として燃料電池とを備える。
以下、本発明による燃料電池システムの第3の実施形態を説明する。本実施形態の燃料電池システムは、メタン化器6の温度上昇が検知されると、燃料電池システムの発電出力を下げるように制御する点、および、燃料電池によって得られた電力を蓄える蓄電池を備えている点で、図3を参照しながら前述した燃料電池システム200と異なっている。
次いで、燃料電池システム300を用いて実施例および比較例の運転を行い、メタン化器6の温度変化を調べたので、その方法および結果を説明する。
実施例1では、まず、燃料電池システム300を起動し、燃料電池システム300の発電出力(の目標値)を750Wに設定して通常運転を行った。ここでは、炭化水素原料として都市ガス13Aを水素生成器2に供給した。また、水素生成器2に供給する原料および水のスチーム/カーボン比(S/C比)が2.8となるように、原料ガスおよび水の供給量を調整した。さらに、燃料電池9のアノードでの水素利用率を75%として運転を行った。
実施例1と同様の方法で、通常運転中に、ヒーターによってメタン化触媒の入口温度を280℃まで上昇させた。この後、ヒーターへの通電を切断した。
実施例1と同様の方法で、通常運転を行い、ヒーターによってメタン化触媒の入口温度を280℃まで上昇させた。この後、ヒーターへの通電を切断した。
2 水素生成器
3 燃焼器
4 改質器
6 メタン化器
7 温度センサー
9 燃料電池
10 インバータ
11 制御器
12 蓄電池
13 原料ガス供給器
14 水供給器
15 水素含有ガス経路
16 蒸発器
17 オフガス経路
20 水蒸気供給器
100 水素生成装置
200、300 燃料電池システム
Claims (8)
- 原料ガスを用いた改質反応によって水素含有ガスを生成する改質器と、
前記改質器に原料ガスを供給する原料ガス供給器と、
前記改質器に水蒸気を供給する水蒸気供給器と、
前記水素含有ガスに含まれる一酸化炭素をメタン化反応により低減するメタン化器と、
前記メタン化器の温度が上昇すると、前記原料ガス供給器を制御して、水素含有ガスの生成量が減少するよう前記改質器への原料ガスの供給量を減少させる制御器と
を備え、
前記メタン化器の温度が上昇すると、前記制御器は、前記水蒸気供給器を制御して、前記原料ガスの減少量に応じて、前記改質器に供給する前記原料ガスおよび前記水蒸気のスチーム/カーボン比が、前記水素含有ガスの生成量を減少させる前のスチーム/カーボン比よりも高くなるように前記改質器への前記水蒸気の供給量を増加させる水素生成装置。 - 前記メタン化器の温度が低下すると、前記制御器は、前記水素含有ガスの生成量の制限を解除する請求項1に記載の水素生成装置。
- 前記メタン化器の温度が低下すると、前記制御器は、前記改質器に供給する前記原料ガスおよび前記水蒸気のスチーム/カーボン比が、前記水素含有ガスの生成量を減少させる前のスチーム/カーボン比と同じになるように、前記水蒸気供給器を制御する請求項5に記載の水素生成装置。
- 前記メタン化器の温度がさらに上昇すると、原料ガス供給器を制御して、改質器への原料ガスの供給を停止する請求項1、5および6のいずれかに記載の水素生成装置。
- 請求項1および5から7のいずれかに記載の水素生成装置と、
前記水素生成装置より供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と
を備える燃料電池システム。 - 前記メタン化器の温度が上昇すると、前記燃料電池システムの発電出力を下げる請求項8に記載の燃料電池システム。
- 蓄電池をさらに備え、
前記燃料電池システムの発電出力を下げたときに、前記蓄電池に予め蓄えられていた電力を放電する請求項9に記載の燃料電池システム。 - 前記水蒸気供給器は蒸発器を含み、前記蒸発器は前記メタン化器と熱交換可能に配設されている請求項1および5から7のいずれかに記載の水素生成装置。
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