JPWO2013150721A1 - 水素生成装置およびその運転方法、ならびに燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
Description
前記原料ガスの計測流量と前記基準流量との比較結果に基づいて、前記水蒸気の供給量および前記酸化剤ガスの供給量の少なくとも一方を制御するように構成されていてもよい。
前記燃料電池が前記所定電力を発電している発電行程において、第2所定時間が経過している場合に、前記水蒸気の供給量および前記酸化剤ガスの供給量の少なくとも一方を前記原料ガスの計測流量に基づいて制御するように構成されていてもよい。
(水素生成装置の構成)
図1は、水素生成装置1の構成を示すブロック図である。水素生成装置1は、水素含有ガスを生成する装置であって、図1に示すように、改質器7を含む。改質器7は、改質触媒(図示せず)を含み、改質触媒下において原料ガスを水(以下、「改質水」と言う。)で改質反応させることにより水素含有ガスを生成する反応器である。改質器7には第1温度検知器10が設けられ、第1温度検知器10は改質器7の温度を検知する。この改質器7の温度として、たとえば、改質触媒の温度、改質器7に供給される原料ガスの温度、または、改質器7で生成される水素含有ガスの温度が検知され、この温度(以下、「第1検知温度」と言う。)が制御器18に出力される。また、改質器7は、原料ガス供給経路19により原料供給器11と接続され、水供給経路20により水供給器13と接続されている。
上記構成の水素生成装置1における動作は制御器18による制御に基づいて主に行われる。ここでは、原料ガスは主に飽和炭化水素ガス:CnH2n+2で構成されている場合について説明するが、他の炭化水素ガスでも同様である。
上記のように、水素生成装置1の動作中、改質器7および変成器8での反応には、水供給器13から供給される改質水が使用される。以下、このような改質水の供給量の制御態様について説明する。
上記のように、水素生成装置1の動作中、燃焼器15には燃焼空気供給器16から燃焼空気が供給される。以下、この燃焼空気の供給量の制御態様について説明する。
上記のように、水素生成装置1の動作中、選択酸化器9には酸化剤ガス供給器14から酸化剤ガスが供給される。以下、この酸化剤ガスの供給量の制御態様について説明する。
上記のように、原料ガスの組成が変化した際、変化後の原料ガスの組成に適した量に改質水、酸化剤ガスおよび燃焼空気の各供給量がなるように、運転モードが通常モードから減少モードや増加モードに切り替えられる。この運転モードに従って、水供給器13、酸化剤ガス供給器14および燃焼空気供給器16が制御される。
図3は、燃焼電池システム100の構成を示すブロック図である。燃料電池システム100は、図3に示すように、水素含有ガスを生成する水素生成装置1、および、水素含有ガスおよび発電用酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池2を備える。
消費水素量算出器4は、燃料電池2の発電電力に基づいて発電反応における消費水素量を算出して、制御器18に出力する。制御器18は、消費水素量以上の水素を生成するように改質器7の温度を定める。このときの改質器7における水素含有ガスの生成量が所定量であれば、改質器7の温度、つまり、第1温度検知器10による第1検知温度が所定温度である。そして、制御器18は、第1検知温度が所定温度になるように原料供給器11を制御する。
制御器18は、燃料電池2が所定電力を発電する前の起動工程において、水素含有ガスの生成量が第1所定時間以上所定量である場合に、改質水、燃焼空気および酸化剤ガスの各供給量を原料ガスの計測流量に基づいて制御する。この水供給器13、燃焼空気供給器16および酸化剤ガス供給器14の各供給量の制御は、実施の形態1と同様である。ここで、所定電力は、所定量の水素含有ガスと、この発電反応に必要な量の発電用酸化剤ガスとを用いて燃料電池2により生成される電力である。
上記全実施の形態では、除去器50のうち、選択酸化器9へ供給される酸化剤ガスの量を原料流量計測器12による原料ガスの計測流量に基づいて制御器18は制御した。この酸化剤ガスの供給量に代えてまたは酸化剤ガスの供給量と共に、変成器8へ供給される水蒸気の供給量を原料ガスの計測流量に基づいて制御器18は制御してもよい。この場合、水蒸気供給器が反応ガス供給器として設けられ、水蒸気供給器は水蒸気を反応ガスとして変成器8に供給する。この水蒸気供給器は、水供給器13であってもよいし、水供給器13とは別に設けられてもよい。水供給器13が水蒸気供給器として用いられる場合、水供給器13には、改質器7に改質水を供給する水供給経路20とは別に、変成器8に水蒸気を供給する水蒸気供給経路が接続されていてもよい。
上記全実施の形態では、第2検知温度に基づいて第1流量および第2流量を、原料ガスの組成変化に関する判定のための基準流量に用いたが、これに限定されない。この場合、水素生成装置1の周囲の温度変動が小さい場合や、断熱により改質器7から外部への放熱量が抑制されている場合、水素生成装置1の周囲の温度が変動しても、改質器7の温度を維持するために必要な原料ガスの供給量は変化しない、または、その変化が無視できるほど小さい。このような第2検知温度の変化による原料ガスの供給量に対する影響が小さい場合、たとえば、第1検知温度を所定温度にするために必要な原料ガスの供給量を基準流量とする。
上記全実施の形態では、第2検知温度に基づいた第1流量および第2流量を、原料ガスの組成変化を判定のための基準流量に用いたが、これと共にまたはこれに代えて、記憶部18aに記憶されている原料ガスの計測流量に基づいた基準流量を用いることができる。この場合、制御器18は、運転時における原料ガスの計測流量を記憶部18aに記憶すると共に、この記憶部18aに記憶されている前記原料ガスの計測流量に基づいて基準流量を設定してもよい。なお、この場合、水素生成装置1の周囲の温度を検知する第2温度検知器17が設けられなくてもよい。
上記全実施の形態において、制御器18は、改質器7の運転時間に基づいて所定温度を補正してもよい。この場合、改質触媒などが運転時間に応じて劣化するに伴い、改質器7における水素含有ガスの生成量が低下する。この生成量の低下を補うため、制御器18は、改質器7の運転時間が記憶部18aに記憶し、運転時間が所定時間を経過する毎に所定温度を高く設定する。この所定温度に基づいて第1流量および第2流量が設定されるため、改質器7の運転時間に基づいて第1流量および第2流量も補正される。
上記全実施の形態において、原料ガスの熱量が変化する組成変化が生じた場合、この組成変化に応じて改質水、燃焼空気および酸化剤ガスの全ての供給量が制御されたが、改質水、燃焼空気および酸化剤ガスの少なくともいずれか1つの供給量が制御されてもよい。
上記実施の形態1において、水素含有ガスの生成量が第1所定時間以上所定量である場合に、制御器18は、これらの各供給量を制御することもできる。この場合、所定量の水素含有ガスが生成されている状態が第1所定時間継続することにより、各構成部の温度や各供給量が安定している。このため、原料ガスの計測流量は、水素生成装置1の周囲の温度変化と、熱量変化を伴う原料ガスの組成変化とに応じて変動する。よって、第2検知温度に基づく第1流量および第2流量と原料ガスの計測流量とを比較することにより、原料ガスの計測流量の変化に基づいて改質水、燃焼空気および酸化剤ガスの各供給量を精度よく制御することができる。
上記実施の形態2において、起動工程に代えてまたは起動工程と共に、燃料電池2が所定電力を発電している発電行程において、制御器18は、改質水、燃焼空気および酸化剤ガスの各供給量を原料ガスの計測流量に基づいて制御してもよい。この場合、第2所定時間以上が経過している場合に、各供給量が制御される。これにより、発電行程においても、原料ガスの組成変化が生じても原料ガスの組成に適した量の改質水などが供給されるため、一酸化炭素が除去され、かつ、発電に必要な量の水素含有ガスが燃料電池2に供給される。よって、燃料電池2の発電効率および耐久性を維持することができる。
上記実施の形態2において、制御器18は、原料ガスの計測流量が第1流量より大きく、または、第2流量より小さくなった変化した場合、発電電力を所定電力にし、第2所定時間以上が経過している場合に、改質水などの各供給量を制御してもよい。
上記全実施の形態において、原料ガスの熱量が変化する組成変化が生じた場合、この組成変化に応じて第1比率、第2比率および酸化剤ガスの全ての目標値が変更されることにより、改質水、燃焼空気および酸化剤ガスの各供給量が制御された。各供給量の制御方法はこれに限らない。たとえば、第1比率が、Vw/(n・Vf)と表される場合、原料ガスの組成に対応した炭素数:nや原料ガスの体積流量:Vf(原料ガス中の炭化水素ガスの割合)を変更することにより、改質水の供給量が制御されてもよい。また、第2比率:A/Aoについて、理論空気量:Aoが可燃性ガスの量および原料ガスの炭素数:nに依存するため、原料ガスの組成に対応した炭素数:nや可燃性ガスの体積流量を変更することにより、燃焼空気の供給量が制御されてもよい。
2 燃料電池
7 改質器
9 選択酸化器
10 第1温度検知器
11 原料供給器
12 原料流量計測器
13 水供給器
14 酸化剤ガス供給器
15 燃焼器
16 燃焼空気供給器
17 第2温度検知器
18 制御器
18a 記憶部
50 除去器
100 燃料電池システム
Claims (12)
- 原料ガスおよび水の改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、
前記原料ガスを供給する原料供給器と、
前記原料ガスの流量を計測する原料流量計測器と、
前記改質器の温度を検知する第1温度検知器と、
前記原料ガスおよび前記水素含有ガスのうちの少なくとも一方の可燃性ガスを空気で燃焼させて前記改質器を加熱する燃焼器と、
前記水素含有ガス中の一酸化炭素を反応ガスで反応させて除去する除去器と、
前記反応ガスを供給する反応ガス供給器と、
制御器と、を備え、
前記制御器は、
前記第1温度検知器により検知された第1検知温度が所定温度になるように前記原料供給器による前記原料ガスの供給量を制御し、その間に前記原料流量計測器により計測された前記原料ガスの計測流量に基づいて、前記反応ガス供給器による前記反応ガスの供給量を制御するように構成されている、水素生成装置。 - 前記除去器は、前記一酸化炭素を水蒸気で変成する変成器と、前記一酸化炭素を酸化剤ガスで酸化する選択酸化器と、を含み、
前記反応ガス供給器は、前記水蒸気を供給する水蒸気供給器と、前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、を含む、請求項1に記載の水素生成装置。 - 前記制御器は、
前記水素含有ガスの生成量が第1所定時間以上所定量である場合に、
前記水蒸気の供給量および前記酸化剤ガスの供給量の少なくとも一方を前記原料ガスの計測流量に基づいて制御するように構成されている、請求項2に記載の水素生成装置。 - 前記水素生成装置の周囲の温度を検知する第2温度検知器をさらに備え、
前記制御器は、
前記第2温度検知器により検知された第2検知温度に基づいて前記原料ガスに関する基準流量を設定し、
前記原料ガスの計測流量と前記基準流量との比較結果に基づいて、前記水蒸気の供給量および前記酸化剤ガスの供給量の少なくとも一方を制御するように構成されている、請求項2または3に記載の水素生成装置。 - 前記水素生成装置の運転時における前記原料ガスの計測流量を記憶する記憶部をさらに備え、
前記制御器は、
前記記憶部に記憶されている前記原料ガスの計測流量に基づいて前記原料ガスに関する基準流量を設定し、
前記原料ガスの計測流量と前記基準流量との比較結果に基づいて、前記水蒸気の供給量および前記酸化剤ガスの供給量の少なくとも一方を制御するように構成されている、請求項2または3に記載の水素生成装置。 - 前記制御器は、前記改質器の運転時間に基づいて前記所定温度を補正するように構成されている、請求項1〜5のいずれか一項に記載の水素生成装置。
- 請求項2〜6のいずれか一項に記載の水素生成装置と、
前記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。 - 前記制御器は、
前記燃料電池が所定電力を発電する前の起動工程において、前記水素含有ガスの生成量が第1所定時間以上所定量である場合に、
前記水蒸気の供給量および前記酸化剤ガスの供給量の少なくとも一方を前記原料ガスの計測流量に基づいて制御するように構成されている、請求項7に記載の燃料電池システム。 - 前記制御器は、
前記燃料電池が前記所定電力を発電している発電行程において、第2所定時間が経過している場合に、
前記水蒸気の供給量および前記酸化剤ガスの供給量の少なくとも一方を前記原料ガスの計測流量に基づいて制御するように構成されている、請求項7または8に記載の燃料電池システム。 - 前記水素生成装置の周囲の温度を検知する第2温度検知器をさらに備え、
前記制御器は、
前記第2温度検知器により検知された第2検知温度に基づいて前記原料ガスに関する基準流量を設定し、
前記原料ガスの計測流量が基準流量から変化した場合に、前記発電電力を前記所定電力にし、
前記発電電力が第2所定時間以上前記所定電力である場合に、前記原料ガスの計測流量と前記基準流量との比較結果に基づいて、前記水蒸気の供給量および前記酸化剤ガスの供給量の少なくとも一方を制御するように構成されている、請求項9に記載の燃料電池システム。 - 前記水素生成装置の運転時における前記原料ガスの計測流量を記憶する記憶部をさらに備え、
前記制御器は、
前記記憶部に記憶されている前記原料ガスの計測流量に基づいて前記原料ガスに関する基準流量を設定し、
前記原料ガスの計測流量が基準流量から変化した場合に、前記発電電力を前記所定電力にし、
前記発電電力が第2所定時間以上前記所定電力である場合に、前記原料ガスの計測流量と前記基準流量との比較結果に基づいて、前記水蒸気の供給量および前記酸化剤ガスの供給量の少なくとも一方を制御するように構成されている、請求項9に記載の燃料電池システム。 - 原料ガスおよび水を改質器へ供給し、
前記改質器にて、前記原料ガスおよび前記水の改質反応により水素含有ガスを生成し、
燃焼器にて、前記原料ガスおよび前記水素含有ガスのうち少なくとも一方を空気で燃焼させて前記改質器を加熱し、
除去器にて、前記水素含油ガス中の一酸化炭素を反応ガスで反応させて除去し、
前記改質器が所定温度になるように前記改質器への前記原料ガスの供給量を制御し、その間の前記原料ガスの供給量に基づき、前記反応ガスの供給量を制御する、水素生成装置の運転方法。
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Citations (5)
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---|---|---|---|---|
JP2003277011A (ja) * | 2002-03-26 | 2003-10-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 水素発生装置 |
JP2005206413A (ja) * | 2004-01-22 | 2005-08-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 水素生成装置および燃料電池システム |
JP2008105861A (ja) * | 2006-10-23 | 2008-05-08 | Aisin Seiki Co Ltd | 改質装置 |
JP2008137866A (ja) * | 2006-12-04 | 2008-06-19 | Corona Corp | 燃料プロセッサおよびその運転制御方法 |
WO2011077753A1 (ja) * | 2009-12-25 | 2011-06-30 | パナソニック株式会社 | 水素生成装置、及び燃料電池システム |
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---|---|---|---|---|
JP2003277011A (ja) * | 2002-03-26 | 2003-10-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 水素発生装置 |
JP2005206413A (ja) * | 2004-01-22 | 2005-08-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 水素生成装置および燃料電池システム |
JP2008105861A (ja) * | 2006-10-23 | 2008-05-08 | Aisin Seiki Co Ltd | 改質装置 |
JP2008137866A (ja) * | 2006-12-04 | 2008-06-19 | Corona Corp | 燃料プロセッサおよびその運転制御方法 |
WO2011077753A1 (ja) * | 2009-12-25 | 2011-06-30 | パナソニック株式会社 | 水素生成装置、及び燃料電池システム |
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