JPH0636860B2 - エゼクタ群装置 - Google Patents

エゼクタ群装置

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JPH0636860B2
JPH0636860B2 JP63207521A JP20752188A JPH0636860B2 JP H0636860 B2 JPH0636860 B2 JP H0636860B2 JP 63207521 A JP63207521 A JP 63207521A JP 20752188 A JP20752188 A JP 20752188A JP H0636860 B2 JPH0636860 B2 JP H0636860B2
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ejector
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ejectors
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謙一 菊池
知英 里見
勲 ▲お▼畑
義明 天野
晨夫 半澤
信二郎 木村
弓人 近藤
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Tokyo Gas Co Ltd
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Tokyo Gas Co Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J4/00Feed or outlet devices; Feed or outlet control devices
    • B01J4/008Feed or outlet control devices
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/10Mixing gases with gases

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Jet Pumps And Other Pumps (AREA)
  • Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

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ォーマに原料を
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ォー
ム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、リフォ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47−298445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、リフォ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、
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力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、エゼクタの吸引能
力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
負担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おり、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20:21::2であるようなエ
ゼクタ1a,1b,1cと、それぞれのエゼクタにヘッ
ド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2
a,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整弁5とから本実施
例は成り立っている。
エゼクタ1a,1b,1c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
はリフォーマ9に導かれ、水蒸気改質反応に水素リッチ
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1a,1b,1cの組み
合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,2cの開閉状
態を組み合わせることにより、エゼクタ群全体として a×20+a1×21+a2×22=q(流量) (ai=0または1、但し0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ai=1,0に対応)
により次表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a2,a1,a0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図およひ第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、 a0×20+a1×21+a2×22+a3×23=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、容量の比が2n-1の数
列2:2:2ではなくて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×1+a×2+a×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、2:2:2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20:21:22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劣
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連式のエゼクタ群装
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し、その代わりに
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連式のエゼクタ群装
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,2
f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2aと2d;2bと2e;2cと2fを、
それぞれ同期させて行う。
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わ
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。すなわち、負荷信号に基づいて、
負荷相当の水蒸気流量を減算し、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の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
タの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] 本発明によれば、部分負荷運転時において、エゼクタ群
の駆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連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連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。 1a,1b,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……リフォーマ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲お▼畑 勲 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内 (72)発明者 天野 義明 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内 (72)発明者 半澤 晨夫 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内 (72)発明者 木村 信二郎 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内 (72)発明者 近藤 弓人 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】容量が異なるエゼクタ、該エゼクタの各々
    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配置
    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. 【請求項2】容量が夫々異なるエゼクタ、該エゼクタの
    各々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. 【請求項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20:21:22:………:2n-1 である請求
    項1または2記載のエゼクタ群装置。
  4. 【請求項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. 【請求項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。
JP63207521A 1988-08-22 1988-08-22 エゼクタ群装置 Expired - Lifetime JPH0636860B2 (ja)

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