JPWO2008035776A1 - 水素生成装置、水素生成装置の運転方法、及び燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
Description
前記改質器に前記原料ガスを供給する原料ガス供給路と、
前記原料ガス供給路上に設けられ、前記原料ガスの前記改質器への供給を制御する原料ガス供給器と、
前記改質器から送出されるガスを用いて燃焼する燃焼器と、
前記燃焼器に設けられた着火器と、
前記改質器から送出されるガスが前記燃焼器に供給されるための可燃性ガス供給路と、
前記可燃性ガス供給路に設けられた弁と、
前記改質器における改質反応が停止している停止期間中に、前記原料ガス供給器を制御して、前記原料ガス供給器と前記弁との間のガス流路に前記原料ガスを補給して、前記ガス流路内の圧力を大気圧以上の第1の閾値以上に維持する維持処理を行う、制御器と、を備える水素生成装置であって、
前記制御器は、前記維持処理の異常を検知した場合には、前記原料ガス供給器及び前記着火器を制御して、前記異常を検知してから前記改質器における改質反応を開始させる起動処理における前記着火器の着火動作までに、前記維持処理の異常を検知しなかった場合より多くの前記原料ガスを供給する。
前記起動動作における前記着火器の最初の着火動作が着火不良であるとともに、前記維持処理の異常を検知した場合には、前記原料ガス供給器及び前記着火器を制御して、前記着火不良により前記着火器の着火動作を停止してから前記着火器の着火動作を再開するまでに、前記維持処理の異常を検知しなかった場合よりもより多くの原料ガスを供給するとよい。
このように構成すると、維持処理の異常が検知されていてもその後の着火動作において着火不良が確認された場合にのみ本発明が実施されるので、維持処理の異常が検知された後の着火動作までにいつも通常よりも多くの原料ガスを供給する場合に比べて原料ガスの無駄が減少するので水素生成装置の効率が向上する。
前記維持処理の異常とは、前記停止期間において前記第1の圧力検知器により検知された圧力に異常があった場合であるとよい。
前記維持処理の異常とは、前記停止期間において前記第1の圧力検知器により検知された圧力が所定の判定時間以上継続して前記第1の閾値未満の圧力であった場合であるとよい。このように構成すると、外気は圧力差に応じてガス流路内に進入するので、的確に維持処理の異常を検知することができる。
第2の閾値を大気圧以上前記第1の閾値未満の値として、
前記維持処理の異常とは、前記停止期間において前記第1の圧力検知器で検知された圧力が前記第2の閾値以下の圧力であった場合であるとよい。このように構成すると、外気は圧力差に応じてガス流路内に進入するので、的確に維持処理の異常を検知することができる。
第2の閾値を大気圧以上前記第1の閾値未満の値として、
前記維持処理の異常とは、起動指令後において前記第1の圧力検知器で検知された圧力が前記第2の閾値以下の圧力であった場合であるとよい。このように、維持処理の異常の検知は、停止期間中に限らず、着火動作開始前であれば、起動指令後であっても的確に異常を検知することが可能である。
前記維持処理の異常とは、前記停止期間において前記第2の圧力検知器で検知される圧力に異常があった場合であるとよい。このように構成すると、原料ガスの供給系統の異常による維持処理の異常を検知することができる。
前記改質器に前記原料ガスを供給する原料ガス供給路と、
前記原料ガス供給路上に設けられ、前記原料ガスの前記改質器への供給を制御する原料ガス供給器と、
前記改質器から送出されるガスを用いて燃焼する燃焼器と、
前記燃焼器に設けられた着火器と、
前記改質器から送出されるガスが前記燃焼器に供給されるための可燃性ガス供給路と、
前記可燃性ガス供給路に設けられた弁とを備え、
前記改質器における改質反応が停止している停止期間中に、前記原料ガス供給器によって、前記原料ガス供給器と前記弁との間のガス流路に原料ガスを補給して、前記ガス流路内の圧力を大気圧以上の第1の閾値以上に維持する維持処理を行う水素生成装置の運転方法であって、
前記維持処理の異常を検知した場合には、前記原料ガス供給器及び前記着火器を制御して、前記異常を検知してから起動処理における前記着火器の着火動作までに、前記原料ガス供給器及び前記着火器によって前記ガス流路に前記維持処理の異常を検知しなかった場合より多くの前記原料ガスを供給する。
3 水素生成器
3A 改質器
3B 変成器
3C CO除去器
4 原料ガス供給路
5 燃焼器
5A 着火器
6 燃料ガス供給路
7 弁
8 第1の圧力検知器
10 原料ガス供給器
11 弁
12 弁
13 火炎検知器
14 オフガス供給路
15 バイパス流路
16 弁
18 第2の圧力検知器
20 制御器
20A 制御部
20B 記憶部
20C 入力部
20D 記憶部
30 水供給路
50 燃料電池(FC)
100、101 水素生成装置
M1 第1の閾値
M2 第2の閾値
S ステップ
T 時間
T0 判定時間
T1 遅延時間
V 積算流量
V1 送気量
P1、P2 検知圧力
図1は、第1実施形態の燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。燃料電池システムは、水素生成装置100と燃料電池50とを有して構成されている。
本発明の第2実施形態は、第1実施形態の燃料電池システムにおいて、第1の閾値M1未満の値である第2の閾値M2に基づいて維持処理の異常を検知する実施形態である。図3は、第2実施形態の水素生成装置の停止処理、停止期間及び起動処理における動作例を示すフローチャートである。
本発明の第3実施形態は、第1実施形態の燃料電池システムにおいて、水素生成装置100の通電状態に基づいて維持処理の異常を検知する実施形態である。図4は、第3実施形態の水素生成装置の停止処理、停止期間及び起動処理における動作例を示すフローチャートである。
図5は、本発明の第4実施形態の水素生成装置の停止処理、停止期間及び起動処理における動作例を示すフローチャートである。
本発明の第5実施形態は、第2実施形態の燃料電池システムにおいて、維持処理の異常を区別して、より的確に水素生成装置100を運転する実施形態である。したがって、燃料電池システム及び水素生成装置100のハードウェアの構成は第1実施形態と同様であるので、説明を省略する。
図7は、本発明の第6実施形態の燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。図7に示すように、第6実施形態の水素生成装置101は、第2の圧力検知器18が、原料ガス供給器10より上流側の原料ガス供給路4に配設されている実施形態である。その他の燃料電池システムの構成、水素生成装置101の構成は第1〜4実施形態の燃料電池システム及び水素生成装置100と同様であるので、それらと同じ構成には同一の符号を付して説明を省略する。
図9は、第7実施形態の水素生成装置の停止期間及び起動処理における動作例を示すフローチャートである。図9において図6と同様のステップには図6と同一の符号を付して説明を省略する。
(第8実施形態)
上記のこれら実施形態においては、ステップ(密閉処理ステップ)S1において、水素生成器3を含む密閉区間内に原料ガスを充満させた後に、密閉区間を密閉している。しかし、密閉区間に原料ガスを充満させずに、密閉処理を実行しても本発明を実施することができる。つまり、本実施形態は、水素生成装置内部に燃料ガスが充満している状態で密閉処理することで停止処理を完了し、かつ、その後の停止期間において水素生成装置の温度低下に伴う体積収縮が起こると、必要に応じて原料ガスを補給して密閉状態を維持するように構成されている。
前記改質器に前記原料ガスを供給する原料ガス供給路と、
前記原料ガス供給路上に設けられ、前記原料ガスの前記改質器への供給を制御する原料ガス供給器と、
前記改質器から送出されるガスを用いて燃焼する燃焼器と、
前記燃焼器に設けられた着火器と、
前記改質器から送出されるガスが前記燃焼器に供給されるための可燃性ガス供給路と、
前記可燃性ガス供給路に設けられた弁と、
前記改質器における改質反応が停止している停止期間中に、前記原料ガス供給器を制御して、前記原料ガス供給器と前記弁との間のガス流路に前記原料ガスを補給して、前記ガス流路内の圧力を大気圧以上の第1の閾値以上に維持する維持処理を行う、制御器と、を備える水素生成装置であって、
前記制御器は、前記維持処理の異常を検知した場合には、前記原料ガス供給器及び前記着火器を制御して、前記異常を検知してから前記改質器における改質反応を開始させる起動処理における前記着火器の着火動作までに、前記維持処理の異常を検知しなかった場合より多くの前記原料ガスを供給する。
前記起動動作における前記着火器の最初の着火動作が着火不良であるとともに、前記維持処理の異常を検知した場合には、前記原料ガス供給器及び前記着火器を制御して、前記着火不良により前記着火器の着火動作を停止してから前記着火器の着火動作を再開するまでに、前記維持処理の異常を検知しなかった場合よりもより多くの原料ガスを供給するとよい。このように構成すると、維持処理の異常が検知されていてもその後の着火動作において着火不良が確認された場合にのみ本発明が実施されるので、維持処理の異常が検知された後の着火動作までにいつも通常よりも多くの原料ガスを供給する場合に比べて原料ガスの無駄が減少するので水素生成装置の効率が向上する。
前記維持処理の異常とは、前記停止期間において前記第1の圧力検知器により検知された圧力に異常があった場合であるとよい。
前記維持処理の異常とは、前記停止期間において前記第1の圧力検知器により検知された圧力が所定の判定時間以上継続して前記第1の閾値未満の圧力であった場合であるとよい。このように構成すると、外気は圧力差に応じてガス流路内に進入するので、的確に維持処理の異常を検知することができる。
第2の閾値を大気圧以上前記第1の閾値未満の値として、
前記維持処理の異常とは、前記停止期間において前記第1の圧力検知器で検知された圧力が前記第2の閾値以下の圧力であった場合であるとよい。このように構成すると、外気は圧力差に応じてガス流路内に進入するので、的確に維持処理の異常を検知することができる。
第2の閾値を大気圧以上前記第1の閾値未満の値として、
前記維持処理の異常とは、起動指令後において前記第1の圧力検知器で検知された圧力が前記第2の閾値以下の圧力であった場合であるとよい。このように、維持処理の異常の検知は、停止期間中に限らず、着火動作開始前であれば、起動指令後であっても的確に異常を検知することが可能である。
前記維持処理の異常とは、前記停止期間において前記第2の圧力検知器で検知される圧力に異常があった場合であるとよい。このように構成すると、原料ガスの供給系統の異常による維持処理の異常を検知することができる。
前記改質器に前記原料ガスを供給する原料ガス供給路と、
前記原料ガス供給路上に設けられ、前記原料ガスの前記改質器への供給を制御する原料ガス供給器と、
前記改質器から送出されるガスを用いて燃焼する燃焼器と、
前記燃焼器に設けられた着火器と、
前記改質器から送出されるガスが前記燃焼器に供給されるための可燃性ガス供給路と、
前記可燃性ガス供給路に設けられた弁とを備え、
前記改質器における改質反応が停止している停止期間中に、前記原料ガス供給器によって、前記原料ガス供給器と前記弁との間のガス流路に原料ガスを補給して、前記ガス流路内の圧力を大気圧以上の第1の閾値以上に維持する維持処理を行う水素生成装置の運転方法であって、
前記維持処理の異常を検知した場合には、前記原料ガス供給器及び前記着火器を制御して、前記異常を検知してから起動処理における前記着火器の着火動作までに、前記原料ガス供給器及び前記着火器によって前記ガス流路に前記維持処理の異常を検知しなかった場合より多くの前記原料ガスを供給する。
図1は、第1実施形態の燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。燃料電池システムは、水素生成装置100と燃料電池50とを有して構成されている。
具体的には、次のようなフローで制御される。まず、ステップS3−1において第1の圧力検知器8の検知圧力P1を取得する。ステップS4−11において、検知圧力P1と第1の閾値M1とを比較して、検知圧力P1が第1の閾値M1未満の場合には、制御器20より維持処理指令が出力され(ステップS4−12)、維持処理が行われる。その後、あらためて第1の圧力検知器8での検知圧力P1を取得して(ステップS4−13)、そして、ステップS4−14において、検知圧力P1が第1の閾値M1未満である状態が所定の判定時間T0以上継続するか否かを判断する。時間は、制御器20内のタイマーによって検知圧力P1の推移と共に計測される。
本発明の第2実施形態は、第1実施形態の燃料電池システムにおいて、第1の閾値M1未満の値である第2の閾値M2に基づいて維持処理の異常を検知する実施形態である。図3は、第2実施形態の水素生成装置の停止処理、停止期間及び起動処理における動作例を示すフローチャートである。
本発明の第3実施形態は、第1実施形態の燃料電池システムにおいて、水素生成装置100の通電状態に基づいて維持処理の異常を検知する実施形態である。図4は、第3実施形態の水素生成装置の停止処理、停止期間及び起動処理における動作例を示すフローチャートである。
図5は、本発明の第4実施形態の水素生成装置の停止処理、停止期間及び起動処理における動作例を示すフローチャートである。
本発明の第5実施形態は、第2実施形態の燃料電池システムにおいて、維持処理の異常を区別して、より的確に水素生成装置100を運転する実施形態である。したがって、燃料電池システム及び水素生成装置100のハードウェアの構成は第1実施形態と同様であるので、説明を省略する。
図7は、本発明の第6実施形態の燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。図7に示すように、第6実施形態の水素生成装置101は、第2の圧力検知器18が、原料ガス供給器10より上流側の原料ガス供給路4に配設されている実施形態である。その他の燃料電池システムの構成、水素生成装置101の構成は第1〜4実施形態の燃料電池システム及び水素生成装置100と同様であるので、それらと同じ構成には同一の符号を付して説明を省略する。
図9は、第7実施形態の水素生成装置の停止期間及び起動処理における動作例を示すフローチャートである。図9において図6と同様のステップには図6と同一の符号を付して説明を省略する。
(第8実施形態)
上記のこれら実施形態においては、ステップ(密閉処理ステップ)S1において、水素生成器3を含む密閉区間内に原料ガスを充満させた後に、密閉区間を密閉している。しかし、密閉区間に原料ガスを充満させずに、密閉処理を実行しても本発明を実施することができる。つまり、本実施形態は、水素生成装置内部に燃料ガスが充満している状態で密閉処理することで停止処理を完了し、かつ、その後の停止期間において水素生成装置の温度低下に伴う体積収縮が起こると、必要に応じて原料ガスを補給して密閉状態を維持するように構成されている。
3 水素生成器
3A 改質器
3B 変成器
3C CO除去器
4 原料ガス供給路
5 燃焼器
5A 着火器
6 燃料ガス供給路
7 弁
8 第1の圧力検知器
10 原料ガス供給器
11 弁
12 弁
13 火炎検知器
14 オフガス供給路
15 バイパス流路
16 弁
18 第2の圧力検知器
20 制御器
20A 制御部
20B 記憶部
20C 入力部
20D 記憶部
30 水供給路
50 燃料電池(FC)
100、101 水素生成装置
M1 第1の閾値
M2 第2の閾値
S ステップ
T 時間
T0 判定時間
T1 遅延時間
V 積算流量
V1 送気量
P1、P2 検知圧力
Claims (14)
- 原料ガスから改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、
前記改質器に前記原料ガスを供給する原料ガス供給路と、
前記原料ガス供給路上に設けられ、前記原料ガスの前記改質器への供給を制御する原料ガス供給器と、
前記改質器から送出されるガスを用いて燃焼する燃焼器と、
前記燃焼器に設けられた着火器と、
前記改質器から送出されるガスが前記燃焼器に供給されるための可燃性ガス供給路と、
前記可燃性ガス供給路に設けられた弁と、
停止期間中に、前記原料ガス供給器を制御して、前記原料ガス供給器と前記弁との間のガス流路に前記原料ガスを補給して、前記ガス流路内の圧力を大気圧以上の第1の閾値以上に維持する維持処理を行う、制御器と、を備える水素生成装置であって、
前記制御器は、前記維持処理の異常を検知した場合には、前記原料ガス供給器及び前記着火器を制御して、前記異常を検知してから起動処理における前記着火器の着火動作までに、前記維持処理の異常を検知しなかった場合より多くの前記原料ガスを供給する、水素生成装置。 - 前記制御器は、前記維持処理の異常を検知した場合には、前記起動処理において前記原料ガス供給器から前記改質器へ前記原料ガスを供給させるとともに、前記維持処理の異常がない場合よりも遅れて前記着火器の着火動作を開始させる、請求項1記載の水素生成装置。
- 前記制御器は、前記維持処理の異常を検知した場合には、前記異常を検知してから、前記起動処理における前記着火器の着火動作までに前記原料ガス供給器を制御して前記ガス流路内の残留ガスをパージするに要する量の前記原料ガスを供給する、請求項1記載の水素生成装置。
- 前記制御器は、前記起動処理における前記着火器の最初の着火動作が着火不良であるとともに、前記維持処理の異常を検知した場合には、前記原料ガス供給器及び前記着火器を制御して、前記着火不良により前記着火器の着火動作を停止してから前記着火器の着火動作を再開するまでに、前記維持処理の異常を検知しなかった場合より多くの前記原料ガスを供給する請求項1記載の水素生成装置。
- 前記制御器は、最初の着火動作が着火不良であるとともに、前記維持処理の異常を検知した場合には、前記原料ガス供給器から前記改質器へ前記原料ガスを供給させるとともに、前記維持処理の異常がない場合よりも遅れて前記着火器の着火動作を再開させる、請求項4に記載の水素生成装置。
- 前記ガス流路内の圧力を検知する第1の圧力検知器を備え、
前記維持処理の異常とは、前記停止期間において前記第1の圧力検知器により検知された圧力に異常があった場合である、請求項1に記載の水素生成装置。 - 前記ガス流路内の圧力を検知する第1の圧力検知器を備え、
前記維持処理の異常とは、前記停止期間において前記第1の圧力検知器により検知された圧力が所定の判定時間以上継続して前記第1の閾値未満の圧力であった場合である、請求項1に記載の水素生成装置。 - 前記ガス流路内の圧力を検知する第1の圧力検知器を備え、
第2の閾値を大気圧以上前記第1の閾値未満の値として、
前記維持処理の異常とは、前記停止期間において前記第1の圧力検知器で検知された圧力が前記第2の閾値以下の圧力であった場合である、請求項1に記載の水素生成装置。 - 前記ガス流路内の圧力を検知する第1の圧力検知器を備え、
第2の閾値を大気圧以上前記第1の閾値未満の値として、
前記維持処理の異常とは、起動指令後において前記第1の圧力検知器で検知された圧力が前記第2の閾値以下の圧力であった場合である、請求項1に記載の水素生成装置。 - 前記原料ガスの流通方向において前記原料ガス供給器よりも上流の前記原料ガス供給路内の圧力を検知する第2の圧力検知器を備え、
前記維持処理の異常とは、前記停止期間において前記第2の圧力検知器で検知される圧力に異常があった場合である、請求項1に記載の水素生成装置。 - 前記維持処理の異常とは、前記停止期間において少なくとも一時的に電力供給が断たれた状態である、請求項1に記載の水素生成装置。
- 請求項1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。
- 前記可燃性ガス供給路が、前記燃料電池のアノードオフガスを前記燃焼器に供給するための経路である、請求項1に記載の燃料電池システム。
- 原料ガスから改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、
前記改質器に前記原料ガスを供給する原料ガス供給路と、
前記原料ガス供給路上に設けられ、前記原料ガスの前記改質器への供給を制御する原料ガス供給器と、
前記改質器から送出されるガスを用いて燃焼する燃焼器と、
前記燃焼器に設けられた着火器と、
前記改質器から送出されるガスが前記燃焼器に供給されるための可燃性ガス供給路と、
前記可燃性ガス供給路に設けられた弁とを備え、
前記改質器における改質反応が停止している停止期間中に、前記原料ガス供給器によって、前記原料ガス供給器と前記弁との間のガス流路に原料ガスを補給して、前記ガス流路内の圧力を大気圧以上の第1の閾値以上に維持する維持処理を行う水素生成装置の運転方法であって、
前記維持処理の異常を検知した場合には、前記原料ガス供給器及び前記着火器を制御して、前記異常を検知してから起動処理における前記着火器の着火動作までに、前記原料ガス供給器及び前記着火器によって前記ガス流路に前記維持処理の異常を検知しなかった場合より多くの前記原料ガスを供給する、水素生成装置の運転方法。
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