JPWO2010109854A1 - 水素生成装置、それを備える燃料電池システム、水素生成装置の運転方法、及び燃料電池システムの運転方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記連通路は、前記燃焼器と連通するよう構成されていてもよい。
本発明の実施の形態1は、連通路が、改質器より排出されたガスが通流する経路である形態を例示し、かつ水素生成装置の停止時の動作の一例を示すものである。
図1は、本発明の実施の形態1に係る水素生成装置の概略構成を示す模式図である。
次に、本実施の形態1に係る水素生成装置100の停止時の動作の一例について図1乃至図3を参照しながら説明する。本例においては、後述の通り、少なくとも改質器内のガスをパージするパージ処理(パージ動作)が実行される。なお、以下の動作は、制御器10が水素生成装置100を制御することにより遂行される。また、以下の動作は、「パージ処理」において「第1弁の開放に先行して第2弁を開放する」一例を示すものである。
本発明の実施の形態2は、水素生成装置の補圧処理の一例を示すものである。
本発明の実施の形態2に係る水素生成装置100の動作について説明する。なお、本実施の形態2に係る水素生成装置100は、実施の形態1に係る水素生成装置100と基本的構成は同じであるため、本実施の形態2に係る水素生成装置100の構成の詳細な説明は省略する。
本発明の実施の形態3は、水素生成装置の起動時の動作の一例を示すものである。
本発明の実施の形態3に係る水素生成装置100の起動時の動作について説明する。なお、本実施の形態3に係る水素生成装置100の構成は、実施の形態1に係る水素生成装置100と基本的構成は同じであるため、その詳細な説明は省略する。
本発明の実施の形態4は、連通路及び第2弁が、改質器よりも上流側の流体経路に設けられた形態を例示したものである。
次に、本発明の実施の形態4に係る水素生成装置の構成について説明する。
次に、本実施の形態4に係る水素生成装置100の変形例について、図9及び図10を参照しながら説明する。本変形例は、連通路及び第2弁が改質器の上流側の流体流路に設けられた他の態様の一例を示すものである。
図11は、本実施の形態4に係る水素生成装置100の変形例7における水素生成装置の概略構成を示す模式図である。
本発明の実施の形態5は、水素利用機器が燃料電池である形態を例示したものである。
次に、本実施の形態5に係る燃料電池システム200の構成について、図12を参照しながら説明する。図12は、本発明の実施の形態5に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
次に、本実施の形態5に係る燃料電池システム200の変形例1について説明する。
[変形例2]
図13は、本実施の形態5の変形例2の燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
2 蒸発器
3 着火器
4 燃焼器
5 原料ガス供給器
6 水供給器
7 第1回収水タンク
8 空気供給器
9 水素生成装置本体
10 制御器
11 脱臭器
12 第2回収水タンク(水タンク)
13 酸化剤ガス供給器
21 原料ガス供給路
22 水供給路
23 水蒸気供給路
24 燃料ガス供給路
25 バイパス経路
26 燃焼空気供給路
27 燃焼排ガス経路
28 圧抜き経路
29 燃料ガス排出路
30 酸化剤ガス供給路
31 酸化剤ガス排出路
32 燃料ガス流路
33 酸化剤ガス流路
41 第1弁
42 第2弁
42A 第2弁
43 第3弁
44 第4弁
44A 第4弁
44B 第4弁
51 温度検知器
100 水素生成装置
101 水素利用機器(燃料電池)
102 アノード
103 カソード
200 燃料電池システム
Claims (24)
- その内部空間において原料ガス及び水蒸気を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、
前記改質器に供給される原料ガスが流れる原料ガス供給路と、
前記原料ガス供給路に設けられ、前記改質器に前記原料ガスを供給するための原料ガス供給器と、
前記原料ガス供給路を開閉する第1弁と、
前記改質器に供給される水蒸気を生成する蒸発器と、
前記蒸発器に水を供給する水供給器と、
前記改質器と大気とを連通させるための連通路と、
前記連通路を開閉する第2弁と、
制御器と、を備え、
前記制御器は、停止時に、前記原料ガス供給器及び前記水供給器を停止するとともに前記第1弁及び前記第2弁を閉鎖し、
その後、前記原料ガス供給器から前記改質器への前記原料ガスの供給を再開する際に、前記第1弁の開放に先行して前記第2弁を開放するように制御する、水素生成装置。 - 前記制御器は、少なくとも前記改質器内のガスを前記原料ガスでパージするパージ処理を実行する際に、前記第1弁の開放に先行して前記第2弁を開放する、請求項1に記載の水素生成装置。
- 前記制御器は、前記水素生成装置内の経路を大気圧に対して正圧にする補圧処理を実行する際に、前記第1弁の開放に先行して前記第2弁を開放する、請求項1に記載の水素生成装置。
- 前記改質器から排出された可燃性のガスを燃焼し、大気にその燃焼排ガスを排出するように構成された燃焼器を備え、
前記連通路は、前記燃焼器と連通するよう構成されている、請求項1に記載の水素生成装置。 - 前記制御器は、前記水素生成装置の起動時において前記燃焼器の燃焼を開始する際に、前記第1弁の開放に先行して前記第2弁を開放する、請求項4に記載の水素生成装置。
- 前記連通路及び前記第2弁は、前記改質器よりも上流側に設けられている、請求項1に記載の水素生成装置。
- 大気開放された水タンクを備え、
前記連通路は、前記水タンクと連通するように構成されている、
請求項6に記載の水素生成装置。 - 前記原料ガス供給路に設けられ、前記原料ガスに含まれる臭気成分を除去する脱臭器を備え、
前記第1弁は、前記原料ガス供給路の前記脱臭器よりも下流側に設けられている、請求項1に記載の水素生成装置。 - 前記改質器から排出された可燃性のガスを燃焼し、大気にその燃焼排ガスを排出するように構成された燃焼器と、
前記燃焼器に燃焼用の空気を供給する空気供給器と、を備え、
前記連通路は、前記燃焼器から排出される燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス経路を含むように、または燃焼排ガス経路と連通するように構成され、
前記制御器は、前記第1弁の開放に先行して前記第2弁の開放しているときに、前記空気供給器を動作させる、請求項1に記載の水素生成装置。 - 前記制御器は、前記第2弁の開放に先行して前記空気供給器を動作させる、請求項9に記載の水素生成装置。
- 前記燃焼器に設けられた、着火器を備え、
前記制御器は、前記水素生成装置のパージ処理又は起動処理を行う場合、前記空気供給器からの空気供給後、前記第1弁を開放するとともに前記着火器を動作させる、請求項9に記載の水素生成装置。 - 前記制御器は、前記水素生成装置内の経路を大気圧に対して正圧にする補圧処理において、前記空気供給器からの空気供給後、前記第2弁を閉じるとともに前記第1弁を開放する、請求項9に記載の水素生成装置。
- 請求項1〜12のいずれか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及び酸化剤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。 - 燃焼器と、
空気供給器と、を備え、
前記燃焼器は、前記燃料電池のアノードより排出されたオフガスと前記空気供給器から供給された空気を燃焼するよう構成されており、
前記連通路は、前記燃焼器から排出される燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス経路を含むように、または燃焼排ガス経路と連通するように構成され、
前記制御器は、前記第2弁を開放する際に、前記空気供給器の操作量を前記燃料電池の最大電力発電時の操作量よりも大きくする、請求項13に記載の燃料電池システム。 - 前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、
前記燃料電池より排出された酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス排出路と、を備え、
前記連通路は、前記酸化剤ガス排出路を含むように、または前記酸化剤ガス排出路と連通するように構成され、
前記制御器は、前記第1弁の開放に先行して前記第2弁を開放しているときに、前記酸化剤ガス供給器を動作させる、請求項13記載の燃料電池システム。 - 水素生成装置の運転方法であって、
前記水素生成装置の停止時に、
原料ガス供給器が改質器に原料ガス供給路を介して原料ガスの供給を停止するステップ(A)と、
水供給器が蒸発器に水の供給を停止するステップ(B)と、
第1弁が前記原料ガス供給路を閉止するステップ(C)と、
第2弁が前記改質器と大気とを連通させる連通路を閉止するステップ(D)と、を実行し、
前記ステップ(A)〜ステップ(D)を行った後、前記原料ガス供給器が前記改質器に原料ガスの供給を再開する際に、前記第1弁の開放に先行して前記第2弁を開放するステップ(E)と、を備える、水素生成装置の運転方法。 - 前記ステップ(E)は、少なくとも前記改質器内のガスを前記原料ガスでパージするパージ処理を実行する際に、前記第1弁の開放に先行して前記第2弁を開放するステップである、請求項16に記載の水素生成装置の運転方法。
- 前記ステップ(E)は、前記水素生成装置内の経路を大気圧に対して正圧にする補圧処理を実行する際に、前記第1弁の開放に先行して前記第2弁を開放するステップである、請求項16に記載の水素生成装置の運転方法。
- 前記水素生成装置は、前記改質器から排出された可燃性のガスを燃焼し、大気にその燃焼排ガスを排出するように構成された燃焼器を備え、
前記連通路は、前記燃焼器と連通するよう構成されている、請求項16に記載の水素生成装置の運転方法。 - 前記ステップ(E)は、前記水素生成装置の起動時において前記燃焼器の燃焼を開始する際に、前記第1弁の開放に先行して前記第2弁を開放するステップである、請求項19に記載の水素生成装置の運転方法。
- 前記水素生成装置は、前記原料ガス供給路に設けられ、前記原料ガスに含まれる臭気成分を除去する脱臭器を備え、
前記第1弁は、前記原料ガス供給路の前記脱臭器よりも下流側に設けられている、請求項16に記載の水素生成装置の運転方法。 - 前記水素生成装置は、前記改質器から排出された可燃性のガスを燃焼し、大気にその燃焼排ガスを排出するように構成された燃焼器と、前記燃焼器に燃焼用の空気を供給する空気供給器と、を備え、
前記連通路は、前記燃焼器から排出される燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス経路を含むように、または前記燃焼排ガス経路と連通するように構成され、
前記第1弁の開放に先行して前記第2弁の開放しているときに、前記空気供給器が動作するステップ(F)を備える、請求項16〜21のいずれかに記載の水素生成装置の運転方法。 - その内部空間において原料ガス及び水蒸気を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、前記改質器に供給される原料ガスが流れる原料ガス供給路と、前記原料ガス供給路に設けられ、前記改質器に前記原料ガスを供給するための原料ガス供給器と、前記原料ガス供給路を開閉する第1弁と、前記改質器に供給される水蒸気を生成する蒸発器と、前記蒸発器に水を供給する水供給器と、前記改質器と大気とを連通させるための連通路と、前記連通路を開閉する第2弁と、を有する水素生成装置と、燃料電池と、を備える、燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料電池システムの停止時に、原料ガス供給器が改質器に原料ガス供給路を介して原料ガスの供給を停止するステップ(A)と、水供給器が蒸発器に水の供給を停止するステップ(B)と、第1弁が前記原料ガス供給路を閉止するステップ(C)と、第2弁が、燃料電池より排出された酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス排出路を介して前記改質器と大気とを連通させる連通路を閉止するステップ(D)と、を実行し、前記ステップ(A)〜ステップ(D)を行った後、前記原料ガス供給器が前記改質器に原料ガスの供給を再開する際に、前記第1弁の開放に先行して前記第2弁を開放するステップ(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)は、前記第1弁の開放に先行して前記第2弁を開放するとともに、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器が作動する、請求項23に記載の燃料電池システムの運転方法。
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