JP6772888B2 - Fuel gas supply method - Google Patents
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Description
本発明は、燃料ガス供給方法に関する。 The present invention relates to a fuel gas supply method.
燃料ガス中の不純物を吸着器に吸着させて、不純物の濃度の低い燃料ガスを供給対象に供給する技術が知られている。このような吸着器は、第1温度で燃料ガス中の不純物を吸着し、第1温度よりも高い第2温度で、吸着した不純物が再生ガス中に脱離することが知られている。また、このような吸着器を2つ用いて、2つの吸着器の一方が不純物を吸着し他方が不純物を脱離している状態と、一方が不純物を脱離し他方が不純物を吸着している状態とを交互に切り替えることにより、不純物の濃度の低い燃料ガスを継続的に供給対象に供給することが知られている(例えば特許文献1参照)。 A technique is known in which impurities in a fuel gas are adsorbed on an adsorber to supply a fuel gas having a low concentration of impurities to a supply target. It is known that such an adsorber adsorbs impurities in the fuel gas at the first temperature, and desorbs the adsorbed impurities into the regenerated gas at a second temperature higher than the first temperature. Further, using two such adsorbers, one of the two adsorbers adsorbs impurities and the other desorbs impurities, and one desorbs impurities and the other adsorbs impurities. It is known that a fuel gas having a low concentration of impurities is continuously supplied to a supply target by alternately switching between and (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら吸着器の切り替え方によっては、不純物の濃度の低い燃料ガスが供給対象に供給される期間が短縮化する可能性がある。 However, depending on how the adsorber is switched, the period during which the fuel gas having a low concentration of impurities is supplied to the supply target may be shortened.
本発明は、不純物の濃度の低い燃料ガスが供給対象に供給される期間を確保した燃料ガス供給方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a fuel gas supply method that secures a period during which a fuel gas having a low concentration of impurities is supplied to a supply target.
上記目的は、供給された燃料ガス中の不純物を第1温度で吸着し、吸着した不純物を前記第1温度よりも高い第2温度で再生ガス中に脱離する第1及び第2除去器を用いて、不純物の濃度が低い前記燃料ガスを供給対象に供給する燃料ガス供給方法であって、前記燃料ガスが前記第1温度である前記第1除去器を通過して前記供給対象に供給されつつ前記再生ガスが前記第2温度である前記第2除去器を通過して前記供給対象以外に排出される第1状態から、前記燃料ガスが前記第2除去器を通過して前記供給対象以外に排出される第2状態に切替える工程と、前記第2状態から、前記再生ガスが前記第1除去器を通過して前記供給対象以外に排出される第3状態に切替える工程と、前記第2除去器の温度を低下させる工程と、前記第2除去器が前記第1温度よりも高く前記第2温度よりも低い第3温度にまで低下した時に、前記第3状態から、前記燃料ガスが前記第2除去器を通過して前記供給対象へ供給される第4状態に切替える工程と、を備えた燃料ガス供給方法によって達成できる。 The above purpose is to provide first and second removers that adsorb impurities in the supplied fuel gas at the first temperature and desorb the adsorbed impurities into the regenerated gas at a second temperature higher than the first temperature. In a fuel gas supply method for supplying the fuel gas having a low concentration of impurities to the supply target, the fuel gas is supplied to the supply target through the first remover having the first temperature. While the regenerated gas passes through the second remover at the second temperature and is discharged to other than the supply target, the fuel gas passes through the second remover and is not the supply target. The step of switching to the second state of being discharged to the second state, the step of switching from the second state to the third state in which the regenerated gas passes through the first remover and is discharged to other than the supply target, and the second state. The step of lowering the temperature of the remover, and when the second remover is lowered to a third temperature higher than the first temperature and lower than the second temperature, the fuel gas is released from the third state. This can be achieved by a fuel gas supply method including a step of switching to the fourth state of passing through the second remover and being supplied to the supply target.
本発明によれば、不純物の濃度の低い燃料ガスが供給対象に供給される期間を確保した燃料ガス供給方法を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a fuel gas supply method in which a period during which a fuel gas having a low concentration of impurities is supplied to a supply target is secured.
図1は、燃料ガス供給システム1の構成図である。燃料ガス供給システム1には、燃料タンク2、気化器4、改質器6、熱交換器8及び10、除去システム12、燃料電池14を含む。燃料電池14は、酸化剤ガスと燃料ガスとの供給を受けて発電する。酸化剤ガスは、不図示のエアコンプレッサを介して、燃料電池14に供給される。
FIG. 1 is a block diagram of the fuel
燃料タンク2には、液体の原燃料が貯留されている。原燃料は、例えば、都市ガス、プロパンガス、ナフサ、ガソリン、灯油などの炭化水素の原燃料、又はメタノール等のアルコール系の原燃料である。気化器4には、不図示のポンプを介して原燃料が供給され、更に後述する高温の冷却水が通過して、原燃料の一部が気化する。
Liquid raw fuel is stored in the
改質器6では、水蒸気と原燃料との水蒸気改質反応によって、燃料ガスが生成される。改質器6には、水蒸気改質反応を促進する改質触媒が設けられており、改質触媒上での酸化反応を促進するために外部から空気が供給される。改質器6で原燃料を改質する際に、副生成物としてアンモニアが生成され、生成された燃料ガスはアンモニアを含有している。また、原燃料として液体アンモニアを使用する場合にも、改質器6で改質された燃料ガスはアンモニアを含有している。 In the reformer 6, fuel gas is generated by the steam reforming reaction between steam and raw fuel. The reformer 6 is provided with a reforming catalyst that promotes the steam reforming reaction, and air is supplied from the outside to promote the oxidation reaction on the reforming catalyst. When the raw fuel is reformed by the reformer 6, ammonia is produced as a by-product, and the produced fuel gas contains ammonia. Further, even when liquid ammonia is used as the raw material, the fuel gas reformed by the reformer 6 contains ammonia.
熱交換器8では、燃料ガスとそれよりも低温の空気との熱交換が行われ、これにより燃料ガスの温度は低下し、空気の温度は上昇する。熱交換器10では、燃料ガスとそれよりも低温の冷却水との熱交換が行われ、これにより燃料ガスの温度は低下し、冷却水の温度は上昇する。このように過度な高温となることが抑制された燃料ガスと、熱交換器8により高温となった空気とは、除去システム12に供給される。冷却水は、熱交換器10を通過することにより高温となり、その後に気化器4を通過することにより、原燃料ガスを気化させる。冷却水は、例えば燃料電池14を冷却するためのものであってもよい。
In the heat exchanger 8, heat exchange between the fuel gas and air having a lower temperature is performed, whereby the temperature of the fuel gas is lowered and the temperature of the air is raised. In the
除去システム12は、燃料ガス中の不純物であるアンモニアを除去する。アンモニアが除去された燃料ガスは、燃料電池14に供給されて燃料電池14の発電に供される。
The
図2は、除去システム12の構成図である。除去システム12は、燃料ガスが通過する燃料ガス通路20と、高温の空気が通過する空気通路30とを備えている。燃料ガス通路20の下流端には、三方弁V1を介して上流分岐路21及び22が接続されている。上流分岐路21及び22の下流端には、それぞれ第1除去器E1及び第2除去器E2が接続されている。第1除去器E1及び第2除去器E2は、それぞれ下流分岐路23及び24の上流端が接続されている。下流分岐路23の下流端には、三方弁V3を介して供給分岐路25及び排気分岐路33が接続されている。下流分岐路24の下流端には、三方弁V4を介して供給分岐路26及び排気分岐路34が接続されている。供給分岐路25及び26の下流端には、単一の供給合流路27が接続されている。供給合流路27の下流端には、燃料電池14が接続されている。空気通路30の下流端には、三方弁V2を介して空気分岐路31及び32が接続されている。空気分岐路31及び32の下流端は、それぞれ上流分岐路21及び22に接続されている。排気分岐路33及び34の下流端は、単一の排気合流路35に接続されている。排気合流路35の下流端は、外気に晒されている。
FIG. 2 is a block diagram of the
燃料ガス通路20及び空気通路30のそれぞれの途中には、ポンプP1及びP2が設けられている。空気分岐路31及び32には、それぞれ逆止弁C1及びC2が設けられている。逆止弁C1は、空気通路30側から上流分岐路21側への空気の流通は許容するが逆は規制する。同様に、逆止弁C2は、空気通路30側から上流分岐路22側への空気の流通は許容するが逆は規制する。第1除去器E1及び第2除去器E2には、それぞれ温度センサS1及びS2が設けられている。
Pumps P1 and P2 are provided in the middle of the
ポンプP1及びP2、三方弁V1〜V4、温度センサS1及びS2は、制御ユニット100に電気的に接続されており、制御ユニット100は、ポンプP1及びP2、三方弁V1〜V4の動作を制御すると共に、温度センサS1及びS2の検出信号に基づいて第1除去器E1及び第2除去器E2の温度をそれぞれ算出する。制御ユニット100は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、及び記憶装置等を備えている。尚、制御ユニット100は、熱交換器8を制御して除去システム12に供給される空気の温度を制御可能である。
The pumps P1 and P2, the three-way valves V1 to V4, and the temperature sensors S1 and S2 are electrically connected to the
第1除去器E1は、燃料ガス中の不純物であるアンモニアを吸着する吸着剤を備えている。吸着剤としては、例えば活性炭、ゼオライト等である。第1除去器E1は、温度T1で、通過する燃料ガス中のアンモニアを吸着し、温度T1よりも高い温度T2で、吸着したアンモニアを再生ガス中に脱離する。上述した、除去システム12に供給される高温の空気は、再生ガスとして用いられる。第2除去器E2も同様である。
The first remover E1 includes an adsorbent that adsorbs ammonia, which is an impurity in the fuel gas. Examples of the adsorbent include activated carbon and zeolite. The first remover E1 adsorbs ammonia in the passing fuel gas at a temperature T1 and desorbs the adsorbed ammonia into the regenerated gas at a temperature T2 higher than the temperature T1. The high temperature air supplied to the
図3Aは、新品又は不純物を十分に脱離して再生が完了した第1除去器E1の温度に応じて、第1除去器E1の出口での燃料ガス中のアンモニア濃度の変化を示したグラフである。図3Aに示すように、第1除去器E1の温度が温度T1でアンモニア濃度が低いことが示されており、アンモニアを効率的に吸着できる。一方、第1除去器E1の温度が高くなるほど、アンモニアの吸着効率は低下する。温度T1よりも高い温度T2は、第1除去器E1に吸着したアンモニアが再生ガスである空気中に脱離する温度である。温度T2では、アンモニアを吸着する能力は低い。また、燃料電池14が許容できるアンモニアの許容上限濃度αは、温度T1よりも高く温度T2よりも低い温度T3でのアンモニア濃度であり、新品または再生が完了した除去器であれば、温度T1より高い温度T3であっても、通過後の燃料ガスを燃料電池に供給可能である。温度T3は、予め実験により取得されている。第2除去器E2も上記と同様である。温度T1、T2、及びT3は、それぞれ第1、第2、及び第3温度の一例である。温度T3については後述する。
FIG. 3A is a graph showing the change in the ammonia concentration in the fuel gas at the outlet of the first remover E1 according to the temperature of the first remover E1 which has sufficiently desorbed new products or impurities and completed regeneration. is there. As shown in FIG. 3A, it is shown that the temperature of the first remover E1 is the temperature T1 and the ammonia concentration is low, so that ammonia can be adsorbed efficiently. On the other hand, the higher the temperature of the first remover E1, the lower the adsorption efficiency of ammonia. The temperature T2, which is higher than the temperature T1, is a temperature at which the ammonia adsorbed on the first remover E1 is desorbed into the air which is the regenerated gas. At temperature T2, the ability to adsorb ammonia is low. Further, the allowable upper limit concentration α of ammonia that the
図3Bは、第1除去器E1が温度T1に維持された状態での、第1除去器E1の出口での燃料ガス中のアンモニア濃度の時間変化を示したグラフである。およそ、時間が経過するほどアンモニア濃度が増大して、第1除去器E1の吸着能力が低下する。特に、アンモニア濃度が許容上限濃度αに達する時刻tαまでの期間では、アンモニア濃度を効率的に低減できる。時刻tαに到達するまでに除去器の温度がT1に到達するように除去器を温度制御することにより、アンモニア濃度の低い燃料ガスを燃料電池に供給することができる。また、アンモニアの吸着能力が低下した後であっても、第1除去器E1を温度T2に維持してアンモニアを脱離させた後は、吸着能力は再生する。第2除去器E2も同様である。 FIG. 3B is a graph showing the time change of the ammonia concentration in the fuel gas at the outlet of the first remover E1 while the first remover E1 is maintained at the temperature T1. Approximately, as time passes, the ammonia concentration increases, and the adsorption capacity of the first remover E1 decreases. In particular, the ammonia concentration can be efficiently reduced in the period until the time tα when the ammonia concentration reaches the allowable upper limit concentration α. By controlling the temperature of the remover so that the temperature of the remover reaches T1 by the time tα is reached, the fuel gas having a low ammonia concentration can be supplied to the fuel cell. Further, even after the ammonia adsorption capacity is reduced, the adsorption capacity is regenerated after the first remover E1 is maintained at the temperature T2 to desorb the ammonia. The same applies to the second remover E2.
本実施例では、第1除去器E1及び第2除去器E2の一方が燃料ガス中のアンモニアを吸着し他方が吸着したアンモニアを脱離している状態と、一方が吸着したアンモニアを脱離し他方が燃料ガス中のアンモニアを吸着している状態とが、所定時間毎に切り替えられながら、燃料ガスが燃料電池14に供給される。これにより、アンモニア濃度の低い燃料ガスを燃料電池14に継続的に供給できる。詳しくは後述する。
In this embodiment, one of the first remover E1 and the second remover E2 adsorbs ammonia in the fuel gas and the other desorbs the adsorbed ammonia, and one desorbs the adsorbed ammonia and the other desorbs the adsorbed ammonia. The fuel gas is supplied to the
尚、除去システム12に供給される燃料ガスの温度は、燃料ガスが通過する第1除去器E1又は第2除去器E2の温度が温度T1に維持されるように、気化器4、熱交換器8及び10で受ける熱量が調整されている。また、除去システム12に供給される空気の温度は、後述する場合を除き、空気が通過する第1除去器E1又は第2除去器E2の温度が温度T2に維持されるように、熱交換器8で受ける熱量が調整されている。
The temperature of the fuel gas supplied to the
除去システム12において、燃料ガス及び空気が流通する経路は、制御ユニット100が制御する三方弁V1〜V4の状態により切り替えられる。図4A〜図5Bは、流通経路が異なる第1〜第4状態をそれぞれ示した図である。図4A〜図5Bには、それぞれ燃料ガスの流通方向GFと空気の流通方向AFとを矢印で示している。
In the
図4Aに示すように第1状態では、三方弁V1は燃料ガス通路20と上流分岐路21とを連通し上流分岐路22を閉鎖し、三方弁V3は下流分岐路23と供給分岐路25とを連通し排気分岐路33を閉鎖する。これにより、燃料ガスは、燃料ガス通路20、上流分岐路21、第1除去器E1、下流分岐路23、供給分岐路25、供給合流路27を順に流通して燃料電池14に供給される。従って第1状態では、第1除去器E1により燃料ガス中のアンモニアの濃度が低減される。また、第1状態では、三方弁V2は空気通路30と空気分岐路32とを連通し空気分岐路31を閉鎖し、三方弁V4は下流分岐路24と排気分岐路34とを連通し供給分岐路26を閉鎖する。これにより、熱交換器8により高温となった空気は、空気通路30、空気分岐路32、上流分岐路22、第2除去器E2、下流分岐路24、排気分岐路34、排気合流路35の順に流通して外部に排気される。従って第1状態では、高温の空気により第2除去器E2からアンモニアの脱離が促進されている。
As shown in FIG. 4A, in the first state, the three-way valve V1 communicates the
図4Bに示すように第2状態では、三方弁V1は第1状態と同じであるが、三方弁V3は下流分岐路23と排気分岐路33とを連通し供給分岐路25を閉鎖する。これにより、燃料ガスは、燃料ガス通路20、上流分岐路21、第1除去器E1、下流分岐路23、排気分岐路33、排気合流路35の順に流通して、燃料電池14には供給されずに、外部に排気される。尚、三方弁V2及びV4についても、第1状態と同じである。
As shown in FIG. 4B, in the second state, the three-way valve V1 is the same as in the first state, but the three-way valve V3 communicates the
図5Aに示すように第3状態では、三方弁V3及びV4は第2状態と同じであるが、三方弁V1は燃料ガス通路20と上流分岐路22とを連通し上流分岐路21を閉鎖し、三方弁V2は、空気通路30と空気分岐路31とを連通し空気分岐路32を閉鎖する。これにより、燃料ガスは、燃料ガス通路20、上流分岐路22、第2除去器E2、下流分岐路24、排気分岐路34、排気合流路35の順に流通して外部に排気される。また、空気は、空気通路30、空気分岐路31、上流分岐路21、第1除去器E1、下流分岐路23、排気分岐路33、排気合流路35の順に流通して外部に排気される。このように第3状態では、第1及び第2状態と異なり、燃料ガスが第2除去器E2を通過し、空気が第1除去器E1を通過する。
As shown in FIG. 5A, in the third state, the three-way valves V3 and V4 are the same as in the second state, but the three-way valve V1 connects the
図5Bに示すように第4状態では、三方弁V1、V2、及びV3は第3状態と同じであるが、三方弁V4は下流分岐路24と供給分岐路26とを連通し排気分岐路34を閉鎖する。これにより、燃料ガスは、燃料ガス通路20、上流分岐路22、第2除去器E2、下流分岐路24、供給分岐路26、供給合流路27の順に流通して燃料電池14に供給される。
As shown in FIG. 5B, in the fourth state, the three-way valves V1, V2, and V3 are the same as in the third state, but the three-way valve V4 communicates the
このように、第1状態は、第1除去器E1が燃料ガス中のアンモニアを吸着し、第2除去器E2が吸着したアンモニアが脱離している状態であり、第4状態は、第1除去器E1が吸着したアンモニアが脱離し第2除去器E2が燃料ガス中のアンモニアを吸着している状態である。このような第1及び第4状態間の切り替えは、制御ユニット100により、第1状態から、第2、第3、第4状態の順に切り替えられ、又は第4状態から第3、第2、第1状態の順に切り替えられる。
As described above, the first state is the state in which the first remover E1 adsorbs the ammonia in the fuel gas and the ammonia adsorbed by the second remover E2 is desorbed, and the fourth state is the first removal. Ammonia adsorbed by the vessel E1 is desorbed, and the second remover E2 is adsorbing ammonia in the fuel gas. Such switching between the first and fourth states is switched from the first state to the second, third, and fourth states by the
図6は、制御ユニット100が実行する切替制御のフローチャートの一例である。制御ユニット100は、この制御を所定の周期毎に繰り返し実行する。最初に、第1除去器E1及び第2除去器E2の切り替えが必要となる切替タイミングであるか否かが判定される(ステップS1)。切替タイミングは、前回の切替終了から上述した時刻tαが経過したか否かにより判定される。否定判定の場合には、本制御は終了する。
FIG. 6 is an example of a flowchart of switching control executed by the
肯定判定の場合には、切替が開始され、除去システム12に供給される空気の温度が低下するように熱交換器8が制御される(ステップS3)。これにより、熱交換器8は第2除去器E2の温度が温度T2に維持されるように空気の温度が制御されていた状態から、第2除去器E2の温度が温度T2未満となるように制御される。よって、第2除去器E2の温度が温度T2から低下し始める。ステップS3は、第2除去器E2の温度を低下させる工程の一例である。尚、第2除去器E2に供給する空気の流量が少なくなるように制御し、外気による自然放熱を利用して、第2除去器E2の温度を低下させてもよい。
In the case of affirmative determination, switching is started and the heat exchanger 8 is controlled so that the temperature of the air supplied to the
次に、現在の状態が第1状態であるか否かが判定される(ステップS5)。肯定判定の場合、第1状態から第4状態に切り替えられる制御が実行される。具体的には、第1状態から第2状態に切替えられ(ステップS7a)、その後に第2状態から第3状態に切替えられる(ステップS9a)。詳細には、第1状態から、先に三方弁V3が制御されて燃料ガスが排気分岐路33及び排気合流路35を介して外部に排気される第2状態に切替えられ、第2状態から三方弁V2が制御されて空気が上流分岐路21及び下流分岐路23を介して外部に排気される第3状態に切り替えられる。例えば、第1状態から三方弁V3を制御する前に三方弁V2を制御して空気が上流分岐路21及び下流分岐路23に流れると、燃料ガスと共に空気が燃料電池14に流れる可能性がある。本実施例では、上述のように先に三方弁V3を制御して燃料ガスが燃料電池14に供給されない状態にしてから三方弁V2が制御されるため、空気が燃料電池14に供給されることが防止されている。ステップS7aは、第1状態から、燃料ガスが第2除去器E2を通過して燃料電池14以外に排出される第2状態に切替える工程の一例である。ステップS9aは、第2状態から、再生ガスが第1除去器E1を通過して燃料電池14以外に排出される第3状態に切替える工程の一例である。
Next, it is determined whether or not the current state is the first state (step S5). In the case of affirmative determination, control for switching from the first state to the fourth state is executed. Specifically, the first state is switched to the second state (step S7a), and then the second state is switched to the third state (step S9a). Specifically, from the first state, the three-way valve V3 is controlled first, and the fuel gas is switched to the second state in which the fuel gas is exhausted to the outside via the
次に、第3状態で、空気の温度が元の温度に戻るように熱交換器8が制御される(ステップS11a)。これにより、第1除去器E1には高温の空気が通過して、第1除去器E1の温度が上昇し始める。また、第2除去器E2には、燃料ガスが通過して温度が更に低下する。 Next, in the third state, the heat exchanger 8 is controlled so that the temperature of the air returns to the original temperature (step S11a). As a result, high-temperature air passes through the first remover E1 and the temperature of the first remover E1 begins to rise. Further, the fuel gas passes through the second remover E2 and the temperature is further lowered.
次に、第2除去器E2の温度が温度T3未満にまで低下したか否かが判定される(ステップS13a)。第2除去器E2の温度は温度センサS2の検出値に基づいて算出される。否定判定の場合には、再度ステップS13aが実行される。肯定判定の場合には、第4状態に切替えられ(ステップS15a)、切替制御は終了する。これにより、第2除去器E2を通過した燃料ガスの燃料電池14への供給が開始される。
Next, it is determined whether or not the temperature of the second remover E2 has dropped to less than the temperature T3 (step S13a). The temperature of the second remover E2 is calculated based on the detected value of the temperature sensor S2. In the case of a negative determination, step S13a is executed again. In the case of an affirmative determination, the state is switched to the fourth state (step S15a), and the switching control ends. As a result, the supply of the fuel gas that has passed through the second remover E2 to the
ここで、上述したように燃料ガスの温度は、第2除去器E2の温度が温度T1となるように制御されている。このため、第2除去器E2の温度が温度T3未満となってから燃料ガスが燃料電池14に供給された後にも、第2除去器E2の温度は温度T3から徐々に温度T1にまで低下する。このため、図3Aに示したように、アンモニア濃度が許容上限濃度α以下の低い燃料ガスが燃料電池14に供給される期間が確保されている。例えば、第2除去器E2の温度が温度T3未満ではなく、温度T3よりも低い温度T1となってから第4状態に切替えることも考えられるが、この場合、第2除去器E2の温度が温度T1にまで低下するのに長期間を要するため、燃料ガスを燃料電池14に供給できる期間が削減される。
Here, as described above, the temperature of the fuel gas is controlled so that the temperature of the second remover E2 becomes the temperature T1. Therefore, even after the fuel gas is supplied to the
また、ステップS13aで肯定判定されるまで、第3状態に維持される。第3状態においては、上流分岐路22や第2除去器E2、下流分岐路24に残留していた空気が燃料ガスと共に外部に排気される。従って、その後に切替えられる第4状態において、上流分岐路22や第2除去器E2、下流分岐路24に残留していた空気が燃料ガスと共に燃料電池14に供給されることが抑制される。
Further, the third state is maintained until a positive determination is made in step S13a. In the third state, the air remaining in the
このように第3状態では、第4状態となる前に上流分岐路22や第2除去器E2、下流分岐路24に残留していた空気を外部に排気して第4状態に備えつつ、第2除去器E2の温度が温度T3未満に低下するまで待機した状態である。このため、例えば残留した空気の排気が完了してから第2除去器E2の温度を低下させる場合や、第2除去器E2の温度が温度T1にまで低下してから残留した空気の排気を開始する場合と比較して、アンモニア濃度の低い燃料ガスを燃料電池14に供給できない期間が短縮化されている。換言すれば、アンモニア濃度の低い燃料ガスを燃料電池14に供給される期間が確保されている。
In this way, in the third state, the air remaining in the
ステップS5で否定判定の場合には、第4状態から第1状態に切替えられる。具体的には、第4状態から第3状態に切替えられ(ステップS7b)、その後に第3状態から第2状態に切替えられる(ステップS9b)。詳細には、第4状態から、先に三方弁V4が制御されて燃料ガスが排気分岐路33及び排気合流路35を介して外部に排気される第3状態に切替えられ、第3状態から三方弁V2が制御されて空気が上流分岐路22及び下流分岐路24を介して外部に排気される第2状態に切り替えられる。例えば、第4状態から三方弁V4を制御する前に三方弁V2を制御して空気が上流分岐路22及び下流分岐路24に流れると、燃料ガスと共に空気が燃料電池14に流れる可能性がある。本実施例では、上述のように先に三方弁V4を制御して燃料ガスが燃料電池14に供給されない状態にしてから三方弁V2が制御されるため、空気が燃料電池14に供給されることが防止されている。
If a negative determination is made in step S5, the fourth state is switched to the first state. Specifically, the fourth state is switched to the third state (step S7b), and then the third state is switched to the second state (step S9b). Specifically, from the fourth state, the three-way valve V4 is controlled first, and the fuel gas is switched to the third state in which the fuel gas is exhausted to the outside through the
次に、第2状態で、空気の温度が元の温度に戻るように熱交換器8が制御される(ステップS11b)。これにより、第2除去器E2には高温の空気が通過して、第2除去器E2の温度が上昇し始める。また、第1除去器E1には、燃料ガスが通過して温度が更に低下する。 Next, in the second state, the heat exchanger 8 is controlled so that the temperature of the air returns to the original temperature (step S11b). As a result, high-temperature air passes through the second remover E2, and the temperature of the second remover E2 begins to rise. Further, the fuel gas passes through the first remover E1 and the temperature is further lowered.
次に、第1除去器E1の温度が温度T3未満にまで低下したか否かが判定される(ステップS13b)。第1除去器E1の温度は温度センサS1の検出値に基づいて算出される。否定判定の場合には、再度ステップS13bが実行される。肯定判定の場合には、第1状態に切替えられ(ステップS15b)、切替制御は終了する。これにより、第1除去器E1を通過した燃料ガスが燃料電池14に供給される。この場合も、上記と同様の理由により、アンモニア濃度の低い燃料ガスが燃料電池14に供給される期間が確保されている。
Next, it is determined whether or not the temperature of the first remover E1 has dropped to less than the temperature T3 (step S13b). The temperature of the first remover E1 is calculated based on the detected value of the temperature sensor S1. In the case of a negative determination, step S13b is executed again. In the case of an affirmative determination, the state is switched to the first state (step S15b), and the switching control ends. As a result, the fuel gas that has passed through the first remover E1 is supplied to the
図7Aは、本実施例での第1状態から第4状態への切替制御に伴う第1除去器E1及び第2除去器E2の温度変化を示したタイムチャートの一例である。尚、図7Aでは、t0〜t16まで時間間隔は等しい。第1除去器E1及び第2除去器E2の切り替えが必要となる切替タイミングになると(ステップS1で肯定判定)、時刻t2で第2除去器E2の温度が低下し始める(ステップS3)。次に現在の状態が第1状態であると(ステップS5で肯定判定)、時刻t3で、第2、第3状態の順に切り替えられ、空気の温度が戻される(ステップS7a、S9a、S11a)。これにより、第1除去器E1には、燃料ガスよりも高温の空気が通過して第1除去器E1の温度が上昇し始め、第2除去器E2等に残留していた空気を燃料ガスと共に排気しつつ、空気よりも低温の燃料ガスの通過により第2除去器E2の温度が更に低下する。第2除去器E2の温度が温度T3未満となると(ステップS13aで肯定判定)、時刻t6で第4状態に切替えられる(ステップS15a)。これにより、時刻t6以降で、第2除去器E2を通過したアンモニア濃度の低い燃料ガスが燃料電池14に供給される。従って、時刻t2から時刻t6までは、第2除去器E2の温度を低下させる降温期間に相当し、時刻t3から時刻t6までは、第2除去器E2等に残留していた空気を排気する排気期間に相当する。尚、時刻t6の後は、燃料ガスにより第2除去器E2の温度は温度T1まで低下する。
FIG. 7A is an example of a time chart showing the temperature changes of the first remover E1 and the second remover E2 due to the switching control from the first state to the fourth state in this embodiment. In FIG. 7A, the time intervals are the same from t to t16. When the switching timing requires switching between the first remover E1 and the second remover E2 (affirmative determination in step S1), the temperature of the second remover E2 begins to decrease at time t2 (step S3). Next, when the current state is the first state (affirmative determination in step S5), the air temperature is returned in the order of the second and third states at time t3 (steps S7a, S9a, S11a). As a result, air having a temperature higher than that of the fuel gas passes through the first remover E1 and the temperature of the first remover E1 begins to rise, and the air remaining in the second remover E2 and the like is combined with the fuel gas. While exhausting, the temperature of the second remover E2 is further lowered by the passage of the fuel gas having a temperature lower than that of air. When the temperature of the second remover E2 becomes lower than the temperature T3 (affirmative determination in step S13a), the state is switched to the fourth state at time t6 (step S15a). As a result, after time t6, the fuel gas having a low ammonia concentration that has passed through the second remover E2 is supplied to the
図7Bは、比較例での第1状態から第4状態への切替制御に伴う第1除去器E1及び第2除去器E2の温度変化を示したタイムチャートの一例である。比較例では、第1状態で第2除去器E2の温度が温度T1にまで低下してから、第2、第3、及び第4状態の順に切り替える場合について説明する。第1除去器E1及び第2除去器E2の切り替えが必要と判定されて、時刻t2で空気の温度が低下し始めて第2除去器E2の温度が低下し始めると、時刻t8で第2除去器E2の温度が温度T1にまで低下する。時刻t2から時刻t8の期間では、第1除去器E1を通過したアンモニア濃度の高い燃料ガスが燃料電池14へ供給され続けている。時刻t8で、第2、第3状態の順に切替えて、上流分岐路22や第2除去器E2、下流分岐路24に残留していた空気が燃料ガスと共に外部に排気される。この排気が時刻t11で完了する。従って、時刻t11で第4状態に切替えられるため、時刻t11以降で第2除去器E2を通過したアンモニア濃度の低い燃料ガスが燃料電池14に供給される。よって、時刻t2から時刻t8までは、第2除去器E2の温度を低下させる降温期間に相当し、時刻t8から時刻t11までは、第2除去器E2等に残留していた空気を排気する排気期間に相当する。
FIG. 7B is an example of a time chart showing the temperature changes of the first remover E1 and the second remover E2 due to the switching control from the first state to the fourth state in the comparative example. In the comparative example, a case will be described in which the temperature of the second remover E2 drops to the temperature T1 in the first state, and then the second, third, and fourth states are switched in this order. When it is determined that switching between the first remover E1 and the second remover E2 is necessary, the temperature of the air begins to decrease at time t2, and the temperature of the second remover E2 begins to decrease, the second remover E2 begins to decrease at time t8. The temperature of E2 drops to the temperature T1. During the period from time t2 to time t8, the fuel gas having a high ammonia concentration that has passed through the first remover E1 continues to be supplied to the
以上のように、比較例では、アンモニア濃度の高い燃料ガスが時刻t2から時刻t8までの長期にわたって燃料電池14に供給され、時刻t11以降でアンモニア濃度の低い燃料ガスの燃料電池14への供給が開始される。これに対して、本実施例では、アンモニア濃度の高い燃料ガスは時刻t2から時刻t3までの比較的短期間だけ燃料電池14に供給され、時刻t6以降でアンモニア濃度の低い燃料ガスの燃料電池14への供給が開始される。このように本実施例では、アンモニア濃度の低い燃料ガスが燃料電池14に供給される期間が確保されている。
As described above, in the comparative example, the fuel gas having a high ammonia concentration is supplied to the
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the examples of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific examples, and various modifications and modifications are made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.
上記実施例においては、燃料ガスの最終的な供給対象は燃料電池14であったがこれに限定されない。例えば、供給対象は、燃料ガスを用いて発電する燃料電池以外の設備や装置であってもよいし、燃料ガスを消費して動力を確保する設備や装置であってもよい。
In the above embodiment, the final supply target of the fuel gas is the
上記実施例では、第1除去器E1又は第2除去器E2からアンモニアを脱離させるための再生ガスとして空気を用いたが、これに限定されず、例えば燃料電池14から排出された燃料オフガスを用いてもよい。
In the above embodiment, air is used as the regenerated gas for desorbing ammonia from the first remover E1 or the second remover E2, but the present invention is not limited to this, and for example, the fuel off gas discharged from the
上記実施例では、第1除去器E1及び第2除去器E2の温度を、燃料ガス及び空気の温度により制御したが、これに限定されない。例えば、第1除去器E1及び第2除去器E2のそれぞれを加熱するヒータを用いて、第1除去器E1及び第2除去器E2の温度を制御してもよい。 In the above embodiment, the temperatures of the first remover E1 and the second remover E2 are controlled by the temperatures of the fuel gas and air, but the temperature is not limited thereto. For example, the temperature of the first remover E1 and the second remover E2 may be controlled by using a heater that heats each of the first remover E1 and the second remover E2.
上記実施例では、ステップS3の実行後にステップS7a又はS7bを実行するが、ステップS7a又は7bの実行後にステップS3を実行してもよい。また、ステップS3、S11a、S11bを実行しなくてもよい。 In the above embodiment, step S7a or S7b is executed after the execution of step S3, but step S3 may be executed after the execution of step S7a or 7b. Further, it is not necessary to execute steps S3, S11a, and S11b.
12 除去システム
14 燃料電池
100 制御ユニット
E1 第1除去器
E2 第2除去器
V1〜V4 三方弁
12
Claims (1)
前記燃料ガスが前記第1温度である前記第1除去器を通過して前記供給対象に供給されつつ前記再生ガスが前記第2温度である前記第2除去器を通過して前記供給対象以外に排出される第1状態から、前記燃料ガスが前記第2除去器を通過して前記供給対象以外に排出される第2状態に切替える工程と、
前記第2状態から、前記再生ガスが前記第1除去器を通過して前記供給対象以外に排出される第3状態に切替える工程と、
前記第2除去器の温度を低下させる工程と、
前記第2除去器が前記第1温度よりも高く前記第2温度よりも低い第3温度にまで低下した時に、前記第3状態から、前記燃料ガスが前記第2除去器を通過して前記供給対象へ供給される第4状態に切替える工程と、を備えた燃料ガス供給方法。 Impurities in the supplied fuel gas are adsorbed at the first temperature, and the adsorbed impurities are desorbed into the regenerated gas at a second temperature higher than the first temperature, using the first and second removers. It is a fuel gas supply method for supplying the fuel gas having a low concentration of
While the fuel gas passes through the first remover at the first temperature and is supplied to the supply target, the regenerated gas passes through the second remover at the second temperature and other than the supply target. A step of switching from the first state in which the fuel gas is discharged to the second state in which the fuel gas passes through the second remover and is discharged to a state other than the supply target.
A step of switching from the second state to a third state in which the regenerated gas passes through the first remover and is discharged to a state other than the supply target.
The step of lowering the temperature of the second remover and
When the second remover drops to a third temperature higher than the first temperature and lower than the second temperature, the fuel gas passes through the second remover and is supplied from the third state. A fuel gas supply method including a step of switching to the fourth state of being supplied to the target.
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