JPH0256229A - エゼクタ群装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はエゼクタ群装置に関するもので、例えば燃料電
池システムに用いる水素製造装置のリフオーマに原料を
供給するのに好適なエゼクタ群装置に関する。

［従来の技術］ 燃料電池システムなどに用いる水素製造装置のリフオー
マは天然ガスなどの都市ガスおよび水蒸気を原料とし、
これから水素リッチなガスを生成するものである。従来
、リフオーマに原料を水蒸気と混合して供給する装置と
しては、水蒸気を駆動流体とし都市ガスを吸引流体とす
るエゼクタ装置が用いられるが、そのエゼクタ装置は、
特開昭４７−２８４４５号公報の例に示されるように、
単一のエゼクタで構成されていた。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、リフオーマに混合供給すべき水蒸気と天然ガ
スとの流量の比率すなわちスチーム／カーボン比には１
通常、最適値があり、この最適値は水素製造装置の１０
０％負荷運転時であっても又は部分負荷運転時であって
も殆ど変わらない。従って、負荷に対応して調節される
天然ガス流量に対して上記比率の最適値を保つように水
蒸気も負荷に相当する流量に調節されることが必要であ
る。

しかるに前記の従来技術は部分負荷運転において不具合
がある。すなわち、エゼクタノズル面積が固定のものに
おいては、装置の部分負荷運転時にも、エゼクタの吸引
性能を保ち且つエゼクタ出口の圧力を必要圧力に保つた
めには、エゼクタの特性上、駆動流体（水蒸気）を１０
０％負荷時と同じか又はそれに近い流量で流さねばなら
ないという問題がある。

また、エゼクタノズル面積が可変のものにおいては、通
常、１００％〜約７５％負荷に対しては、駆動流体を負
荷に相当した流量に絞ることにより、エゼクタの吸引性
能を保ち且つエゼクタ出口圧力を必要圧力に保つことが
できるが、負荷が約７５％以下になると、駆動流体を負
荷相当流量以上に流さなければエゼクタの吸引性能を保
ち且つエゼクタ出口圧力を必要圧力に維持することがで
きない。このため、約７５％以下の負荷ではエゼクタノ
ズル面積が固定のものと同様の問題がある。

本発明の目的は、かかる従来技術の欠点に鑑み、部分負
荷においてもエゼクタの性能低下を招かずに全体として
負荷相当流量の駆動流体を流すことのできるエゼクタ群
装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明のエゼクタ群装置は、特許請求の範囲の請求項１
又は２記載の構成上の特徴を有するものである。

［作　　用］ 各エゼクタは駆動流体で吸引流体を吸引し、駆動流体に
吸引流体を混合させると同時に必要圧力に昇圧する作用
を行う。各エゼクタに駆動流体を導く各駆動流体用配管
中に設置された遮断弁または流量調節弁の開閉の組み合
わせを負荷に応じて選択することにより、各エゼクタの
吸引性能を保ち且つエゼクタ出口圧力を必要圧力に保ち
ながら、エゼクタ群装置全体としては負荷に相当した駆
動流体流量を流すことができる。

［実施例］ 第１図は燃料電池システム等における燃料改質系統に本
発明の一実施例に係る３連式のエゼクタ群装置を適用し
た例である。

第１図において、容量比が２ａ：２１：２”であるよう
なエゼクタｌａ、１．ｂ、ｌｃと、それぞれのエゼクタ
にヘッダ６を介して駆動流体としての水蒸気を導く配管
６ａ、６ｂ、６ｃと、その夫々の配管中に配置された遮
断弁２ａ、２ｂ、２ｃと、それぞれのエゼクタにヘッダ
７を介して天然ガス等の都市ガスを導く配管７ａ、７ｂ
、７ｃと、その夫々の配管中に配置された逆止弁３ａ、
３ｂ。

３ｃと、エゼクタ出口の配管８ａ、８ｂ、８ｃと。

その配管を集合させる出口集合管８と、ヘッダ６の上流
側にあって水蒸気流量をスケジュール制御するための水
蒸気流量調節弁４と、ヘッダ７の上流側にあって天然ガ
ス流量を制御するための天然ガス流量調節弁５とから本
実施例は成り立っている。

エゼクタｌａ、ｌｂ、ｌｃは駆動流体である水蒸気によ
り吸引流体である天然ガスを吸引することにより、吸引
流体を駆動流体に混合させると同時に昇圧する作用を行
う。逆止弁３ａ、３ｂ、３ｃはエゼクタ出口側から吸引
流体側へ流体が逆流するのを防止するためのものである
。

出口集合管８で集められた水蒸気と天然ガスの混合ガス
はリフオーマ９に導かれ、水蒸気改質反応により水素リ
ッチなガス（改質ガス）となる。

天然ガス（都市ガス）は低圧（１００〜２５０ｍｍＡｑ
　）であるため、エゼクタは水蒸気と天然ガスを混合す
ると同時に、エゼクタ後流の圧損に対応する圧力に昇圧
する機能をもたなければならない。

もしエゼクタが単一であると仮定した場合、部分負荷運
転時、負荷に対応して水蒸気量を絞ると所定の吸引性能
が得られず、エゼクタ出口圧力も所定の圧力を維持でき
なくなる。これを避けるためには負荷によらず水蒸気を
一定流量流しておくことが考えられるが、そうすると水
蒸気と天然ガス中のカーボンとの比、すなわちスチーム
／カーボン比（Ｓ／Ｃ）が最適値より大きくなるため、
効率の悪い運転となる。

本実施例は上記問題を３つのエゼクタｌａ、ｌｂ。

１ｃの組み合わせにより解決しようとするものである。

本実施例では、負荷に対応して、遮断弁２ａ、２ｂ、２
ｃのｒｊＦＪ　ｒＡ状態を組み合わせることにより、エ
ゼクタ群全体として ａＯＸ２°＋ａ＋Ｘ２１＋ａｚＸ２”＝ｑ　（流量）（
ａ＋＝Ｏまたは１、但しＯは遮断弁閉、１は遮断弁開を
表わす） のように水蒸気流量を調節することができる。より詳し
く述べれば遮断弁の開閉（上式のａ、＝１゜０に対応）
により成人のような水蒸気流量の調節が可能である。

すなわち、流量ｑが２進数ａ！＋　ａｔ、ａｏに対応付
けられる。

また、天然ガス流量調節弁５により、天然ガス流量を負
荷に応じた流量に調節して、無駄のない運転とする。

第２図は負荷率に対する水蒸気流量を、単一エゼクタの
場合および本実施例の３連式エゼクタの場合について、
最適値と比較図示したものである。

第３図は負荷率に対するスチーム／カーボン比を、単一
エゼクタの場合および本実施例の３連式エゼクタの場合
について、最適値と比較図示したものである。いずれの
図も単一エゼクタに比べ本実施例の３連式エゼクタの方
が最適値に近い運転ができることを示している。

第４図および第５図は、第１図の３連式エゼクタを４連
式とし、他の構成は第１図と同様とした実施例について
、負荷率に対する水蒸気流量およびスチーム／カーボン
比を夫々示したものである。

本実施例では。

ａＯＸ２°＋　ａＩ　Ｘ　２１＋ａ２　Ｘ　２”＋ａ、
　Ｘ　２３＝　ｑ　　（流量）で表わせる水蒸気流量の
調節ができるため、３連式エゼクタの場合に比べて更に
最適値に近い運転ができる。

本発明の更に他の実施例として、容欲の比が２′″の数
列でなくて１：２：３であるような３連式エゼクタを用
い、他の構成は第１図と同様とした実施例も可能である
。この実施例では、下式のような水蒸気流量ｑの調節が
できる。

ｑ　＝ａ　ｏ　Ｘ　１　＋　ａ　ｔ　Ｘ　２　＋　ａ　
３　Ｘ　３すなわち、次の表のようになる。

第６図は、エゼクタの容量比を１：２：３とした本実施
例と、２０　　：２”　　：２２　とした先記の実施例
とでの、負荷率に対する水蒸気流量を比較図示したもの
である。エゼクタ容量比を２’：２”：２２とした場合
は水蒸気流量を７通りに調節できるのに比べて、１：２
：３とした場合は水蒸気流量が６通りの調節になるので
精度は若干力るが、単一のエゼクタの場合に比べれば効
率の良い制御が可能である。

以上の実施例のエゼクタ群装置の制御は、夫々の遮断弁
の開閉、すなわち１，０の信号の組み合わせで行われる
ので、マイクロコンピュータによるディジタル制御が容
易にできる。

更に他の実施例として、第７図に３通式のエゼクタ群装
置を示す。第１図の実施例は水蒸気流量調節弁４にて水
蒸気流量のスケジュール制御（エゼクタ群全体としての
水蒸気流量を負荷に対応する流量に制御すること）を行
い、遮断弁２ａ、２ｂ、２ｃの開閉によりエゼクタの組
合わせの制御を行っていたが、本実施例は、上記水蒸気
流量調節弁および上記各遮断弁を無くシ、その代りに設
けた夫々の水蒸気流量調節弁４ａ、４ｂ、４ｃの開閉に
より上記の両制御をするものである。

更に別の実施例として、第８図に３通式のエゼクタ群装
置を示す。第１図の実施例では、夫々のエゼクタに天然
ガス・を導く配管中に逆止弁を設けているが、本実施例
では、これらの逆止弁の代りに夫々遮断弁２ｄ、２ｅ、
２ｆを設けて逆流を防止したものである。本実施例での
制御は、遮断弁３ａと３ｄ；３ｂと３ｅ；３ｃと３ｆを
同期させて行う。

本エゼクタ群装置の制御は遮断弁の開閉、すなわち１，
０の信号の組み合わせによりほとんどの制御がおこなり
れるため、マイクロコンピュータによるデジタル制御が
容易にできる。

第９図は第１図に示した実施例のエゼクタ群装置の制御
のブロック図である。すなオ〕ち、負荷信号に基づいて
、負荷相当の水蒸気流量を演算し、その水蒸気流量に対
応する開度信号を水蒸気流量調節弁に出力すると共にそ
の水蒸気流量に対応するエゼクタ組み合わせを演算し、
選択されたエゼクタ用の遮断弁の開信号を制御装置より
出力する。

一方、天然ガスについては、負荷信号に基づいて、その
流量を負荷相当流量とするための開度信号が天然ガス流
量調節弁に制御装置より出力される。

第１０図は第７図に示した実施例のエゼクタ群装置の制
御のブロック図である。負荷信号に基づき、負荷相当の
水蒸気流量を演算し、その水蒸気流量に対応するエゼク
タ組み合わせを演算し、該水蒸気流量に対応する夫々の
エゼクタ用の水蒸気流量調節弁の開度信号を制御装置よ
り出力する。

天然ガス流量の制御については前記と同様である。

［発明の効果コ 本発明によれば、部分負荷運転時において、エゼクタ群
の即動流体の全体としての流量を負荷に対応した流量に
絞って運転しても、各エゼクタの性能が低下することが
無く、各エゼクタの吸引性能を保ち且つ各エゼクタの出
口圧力を必要圧力に保つことができる。従って本発明を
適用すれば燃料電池システムや水素製造装置の部分負荷
効率を向上させることができる。

また、マイクロコンピュータ等によるデジタル制御が簡
単に行えるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は燃料改質系統に適用した本発明の一実施例を示
す図、第２図は同実施例における負荷率と水蒸気流量と
の関係を示す図、第３図は同実施例における負荷率とス
チーム／カーボン比との関係を示す図、第４図および第
５図は第１図で４通式エゼクタとした実施例における負
荷率と水蒸気流量との関係および負荷率とスチーム／カ
ーボン比との関係を示す図、第６図は第１図で容量比が
異なる３通式エゼクタとした二実施例について負荷率と
水蒸気流量との関係を比較図示した図、第７図は本発明
の他の実施例を示す図、第８図は同じく更に他の実施例
を示す図、第９図は第１図の実施例の制御フロー図、第
１０図は第７図の実施例の制御フロー図である。 ｌａ、ｌｂ、１ｃ＝　エゼクタ ２ａ、２ｂ、２ｃ　、２ｄ、２ｅ、２ｆ”・遮断弁３ａ
、３ｂ、３ｃ・・・逆止弁 ４．４ａ、４ｂ、４ｃ・・・水蒸気流量調節弁５・・・
天然ガス流量調節弁 ９・・・リフオーマ 凋 木蒸気流量 第９図 第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、容量が夫々異なるエゼクタ、該エゼクタの各各に駆
   動流体を導く駆動流体用配管、該駆動流体配管の各々に
   設置された遮断弁、上記エゼクタの各々に吸引流体を導
   く吸引流体用配管、該吸引流体用配管の各々に設置され
   た逆止弁または遮断弁、上記駆動流体用配管に駆動流体
   を分配する駆動流体用ヘッダ、該駆動流体用ヘッダの上
   流側に設置された駆動流体流量調節弁、上記吸引流体用
   配管に吸引流体を分配する吸引流体用ヘッダ、および上
   記エゼクタの出口流体を集合する配管からなることを特
   徴とするエゼクタ群装置。 ２、容量が夫々異なるエゼクタ、該エゼクタの各各に駆
   動流体を導く駆動流体用配管、該駆動流体用配管の各々
   に設置された駆動流体流量調節弁、上記エゼクタの各々
   に吸引流体を導く吸引流体用配管、該吸引流体用配管の
   各々に設置された逆止弁または遮断弁、上記駆動流体用
   配管に駆動流体を分配する駆動流体用ヘッダ、上記吸引
   流体用配管に吸引流体を分配する吸引流体用ヘッダ、お
   よび上記エゼクタの出口流体を集合する配管からなるこ
   とを特徴とするエゼクタ群装置。 ３、エゼクタの数がｎであるとき、各々エゼクタの容量
   の比が２＾０：２＾１：２＾２である請求項１または２
   記載のエゼクタ群装置。 ４、エゼクタの数がｎであるとき、各々エゼクタの容量
   の比が１：２：３……：ｎである請求項１または２記載
   のエゼクタ群装置。 ５、吸引流体用ヘッダの上流側に吸引流体流量調節弁を
   設置した請求項１、２、３または４記載のエゼクタ群装
   置。