JP6367719B2 - 水素生成装置、燃料電池システム、およびこれらの運転方法 - Google Patents
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Description
[装置構成]
図1は、第1実施形態にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示すブロック図である。以下、図1を参照しつつ、第1実施形態の水素生成装置100について説明する。
図2は、第1実施形態にかかる水素生成装置の運転方法の概略の一例を示すフローチャートである。フローチャートに示す動作は、例えば、制御器14が備える記憶部に記憶されたプログラムを制御器14が実行することにより実現されうる。ただし、制御器14により実行されることは必須ではなく、その一部または全部が操作者により実行されてもよい。
[装置構成]
図3は、第2実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。以下、図3を参照しつつ、第2実施形態の燃料電池システム150について説明する。
図4は、第2実施形態にかかる燃料電池システムの運転方法の概略の一例を示すフローチャートである。フローチャートに示す動作は、例えば、制御器14が備える記憶部に記憶されたプログラムを制御器14が実行することにより実現されうる。ただし、制御器14により実行されることは必須ではなく、その一部または全部が操作者により実行されてもよい。
[装置構成]
図5は、第3実施形態にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示すブロック図である。以下、図5を参照しつつ、第3実施形態の水素生成装置200について説明する。
第3実施形態の水素生成装置の運転方法は、ステップ(a)において、原料が、水添脱硫器の通過前に吸着脱硫器を通過する点以外は、第1実施形態において図2を参照しつつ説明した方法と同様とすることができる。よって、詳細な説明を省略する。
図6は、第1実施例にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示すブロック図である。図7は、第1実施例にかかる水素生成装置の運転方法の概略の一例を示すフローチャートである。以下、図6及び図7を参照しつつ、第1実施例にかかる水素生成装置およびその運転方法について説明する。
第4実施形態の燃料電池システムは、第3実施形態およびその変形例のいずれかの水素生成装置と、水素生成装置より供給された水素含有ガスを用いて発電する燃料電池とを備える。
図9は、第2実施例にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。図10は、第2実施例にかかる燃料電池システムの運転方法の概略の一例を示すフローチャートである。
4 原料供給器
6 反応ガス供給器
8 水添脱硫器
10 リサイクル流路
11 第1バイパス経路
12 閉止器
14 制御器
16 吸着脱硫器
18 第1の原料供給路
20 第2の原料供給路
22 切替器
50 燃料電池
100 水素生成装置
101 改質器
102 原料供給器
103 第1脱硫器
104 第2脱硫器
105 原料供給経路
106 第2バイパス経路
107 第1遮断弁
108 第2遮断弁
109 制御器
110 燃料経路
111 リサイクル流路
112 第3遮断弁
120 水素生成装置
150 燃料電池システム
200 水素生成装置
201 燃料電池
209 制御器
220 燃料電池システム
250 燃料電池システム
Claims (16)
- 改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、
前記改質器に原料を供給する原料供給器と、
前記改質器に原料以外の反応ガスを供給する反応ガス供給器と、
前記改質器に供給される原料中の硫黄化合物を除去する水添脱硫器と、
前記改質器により生成される前記水素含有ガスの一部を水添脱硫器に供給するためのリサイクル流路と、
前記リサイクル流路を閉止する閉止器と、
運転を停止する際に、前記改質器の温度が前記改質器の内部に設けられた改質触媒上での原料からの炭素析出が抑制される温度まで低下する前に、前記閉止器を閉止するとともに、前記改質器へ原料及び原料以外の反応ガスが供給されるように前記原料供給器及び前記反応ガス供給器を制御する制御器と、を備える、
水素生成装置。 - 前記水添脱硫器は、内部に水添脱硫触媒を備え、前記水添脱硫触媒は、前記リサイクル流路を通じて水素含有ガスが供給されていなくても原料中の硫黄化合物を吸着除去する触媒である、請求項1記載の水素生成装置。
- 前記水添脱硫器よりも上流で原料中の硫黄化合物を吸着除去する吸着脱硫器と、
前記吸着脱硫器及び前記水添脱硫器を経由して前記改質器に供給される原料が流れる第1の原料供給路と、
前記吸着脱硫器を経由せず、前記水添脱硫器を経由して前記改質器に供給される原料が流れる第2の原料供給路と、
前記第1の原料供給路と前記第2の原料供給路とを切り替える切替器と、を備え、
前記制御器は、運転を停止する際に、前記改質器の温度が前記改質器の内部に設けられた改質触媒上での原料からの炭素析出が抑制される温度まで低下する前に、原料が前記第1の原料供給路を流れるよう前記切替器を切替え、かつ前記閉止器を閉止するとともに、前記改質器へ原料及び原料以外の反応ガスが供給されるように前記原料供給器及び前記反応ガス供給器を制御する、請求項1記載の水素生成装置。 - 前記制御器は、運転を停止する際に、前記改質器の温度が前記改質器の内部に設けられた改質触媒上での原料からの炭素析出が抑制される温度まで低下する前に、少なくとも前記水添脱硫器の内部が原料でパージされるまで、前記改質器へ原料及び原料以外の反応ガスが供給されるように前記原料供給器及び前記反応ガス供給器を制御する、請求項1−3のいずれか1項に記載の水素生成装置。
- 前記制御器は、前記制御を実行後、前記原料供給器及び前記反応ガス供給器を停止し、前記改質器の内部に設けられた改質触媒の温度が原料からの炭素析出が抑制される温度になると、前記原料供給器を制御して、前記改質器の内部を原料でパージする、請求1−4のいずれか1項に記載の水素生成装置。
- 請求項1−5のいずれか1項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た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。
- 前記燃料電池の発電電力を調整する電力調整器を備え、
前記制御器は、運転を停止する際に、前記改質器の温度が前記改質器の内部に設けられた改質触媒上での原料からの炭素析出が抑制される温度まで低下する前に、前記閉止器を閉止するとともに、前記改質器へ原料及び原料以外の反応ガスが供給されるように前記原料供給器及び前記反応ガス供給器を制御しているとき、前記燃料電池が発電するよう前記電力調整器を制御する、請求項6記載の燃料電池システム。 - 請求項5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た水素含有ガスを用いて発電する燃料電池とを備え、前記改質器の内部を原料でパージするとき、前記改質器を通過した原料は前記燃料電池に供給され、前記燃料電池の内部も原料でパージされる、燃料電池システム。
- 水素生成装置の運転を停止する際に、改質器の温度が前記改質器の内部に設けられた改質触媒上での原料からの炭素析出が抑制される温度まで低下する前に、前記改質器で改質反応により生成した水素含有ガスの一部を水添脱硫器に供給するためのリサイクル流路を閉止するとともに、前記水添脱硫器に原料を供給するステップ(a)と、
前記ステップ(a)を実行しているとき、前記原料及び原料以外の反応ガスが前記水添脱硫器を経て前記改質器に供給されることで、水素含有ガスを生成するステップ(b)と、を備える、水素生成装置の運転方法。 - 前記水添脱硫器は、内部に水添脱硫触媒を備え、前記水添脱硫触媒は、前記リサイクル流路を通じて水素含有ガスが供給されていなくても原料中の硫黄化合物を吸着除去する触媒である、請求項9記載の水素生成装置の運転方法。
- 前記ステップ(a)において、原料は、前記水添脱硫器の通過前に吸着脱硫器を通過する、請求項9記載の水素生成装置の運転方法。
- 少なくとも前記水添脱硫器の内部が原料でパージされるまで、ステップ(b)を実行する、請求項9−11のいずれか1項に記載の水素生成装置の運転方法。
- 前記ステップ(a)及び(b)を実行後、前記原料の供給及び前記反応ガスの供給を停止し、改質器の温度が前記改質器の内部に設けられた改質触媒上で原料からの炭素析出が抑制される温度以下になると前記改質器の内部を原料でパージするステップ(c)を備える、請求項9−12のいずれか1項に記載の水素生成装置の運転方法。
- 燃料電池システムの発電運転を停止する際に、改質器の温度が前記改質器の内部に設けられた改質触媒上での原料からの炭素析出が抑制される温度まで低下する前に、前記改質器で改質反応により生成した水素含有ガスの一部を水添脱硫器に供給するためのリサイクル流路を閉止するとともに、前記水添脱硫器に原料を供給するステップ(d)と、
前記ステップ(d)を実行しているとき、前記原料及び原料以外の改質反応に用いられる反応ガスが前記水添脱硫器を経て前記改質器に供給されることで、水素含有ガスを生成するステップ(e)と、を備える、燃料電池システムの運転方法。 - 前記ステップ(e)を実行しているとき、前記燃料電池で発電するステップ(f)を備える、請求項14記載の燃料電池システムの運転方法。
- 前記ステップ(d)及び(e)を実行後、前記原料の供給及び前記反応ガスの供給を停止し、改質器の温度が前記改質器の内部に設けられた改質触媒上で原料からの炭素析出が抑制される温度以下になると前記改質器および前記燃料電池の内部を原料でパージするステップ(g)を備える、請求項14または15に記載の燃料電池システムの運転方法。
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