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技術 水素含有ガス生成装置及び水素含有ガス生成量調節方法

出願人 大阪瓦斯株式会社
発明者 稲家章雄神家規寿安田征雄
出願日 2012年8月29日 (7年6ヶ月経過) 出願番号 2012-189109
公開日 2014年3月17日 (6年0ヶ月経過) 公開番号 2014-047083
状態 未査定
技術分野 水素、水、水素化物
主要キーワード 増加変化 目標水量 補正演算式 水蒸気発生量 改質制御 水蒸気供給路 水量調節 目標圧力値
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図面 (4)

課題

改質器に供給される原燃料水蒸気との比を精度良く制御することができる水素含有ガス生成装置を提供する。

解決手段

水素含有ガス生成量を増加させるために改質器2への原燃料の供給量水蒸気発生器6への水の供給量とを共に増加変化させるとき、改質器2への原燃料の供給量を増加変化させる時点よりも前に水蒸気発生器6への水の供給量を増加変化させる水素含有ガス生成装置であって、水蒸気発生器6から改質器2に供給される水蒸気の量を推定可能な圧力値を検出する圧力検出器12を備え、改質制御手段13aは、改質器2での水素含有ガスの生成量を増加させるとき、水蒸気発生器6への水の供給量を増加変化させた後の圧力検出器12の検出結果に基づいて、改質器2への原燃料の供給量を増加変化させるタイミングを決定する。

概要

背景

燃料電池燃料ガスとして用いられる水素を生成するための装置として、炭化水素を含む原燃料水蒸気の存在下で改質処理して水素を主に含む水素含有ガスを生成する改質器と、供給される水を蒸発させて、改質器に水蒸気を供給する水蒸気発生器と、改質器への原燃料の供給量と水蒸気発生器への水の供給量とを制御する改質制御手段とを備える水素含有ガス生成装置がある。

水素含有ガス生成装置において原燃料の水蒸気改質を行なう場合、改質器が有する改質触媒におけるカーボン析出の防止や、改質器の下流側に設けられる一酸化炭素変成器出口ガス中のCO濃度一定値以下に収めるため、改質器に供給される原燃料中のカーボンに対する水蒸気の当量比(以下、「S/C」と記載することもある)を一定以上の大きさに制御する必要がある。但し、必要以上に水蒸気を供給した場合、水蒸気を発生させるのに要する熱量の元となる燃料を余分に消費し、エネルギー効率が低下するため、S/Cは一定範囲内での制御が必要となる。

燃料電池の起動時や電力負荷上昇時、水素含有ガス生成装置から燃料電池へ供給する水素を増加させるためには、改質器へ供給する原燃料を増加させる必要がある。このとき、改質器へ供給する原燃料量を増加させるだけでなく、上述したS/Cを維持するために水蒸気発生器へ供給する水の量を増加させて水蒸気発生量を増加させ、その結果として改質器へ供給する水蒸気量も増加させる必要がある。但し、改質器に対して目標水蒸気量を供給するために水蒸気発生器に対して目標水量の水を供給しても、その目標水量の水の全てが蒸発するまでに時間を要する場合、実際には目標水蒸気量よりも少ない量の水蒸気しか改質器に供給できていないこともある。そのため、従来は、改質器へ供給する水蒸気量が所要量に到達するまで時間を要することを考慮して、負荷上昇時においてはあらかじめ定めた時限をもって負荷上昇前に改質水先行増量を行なっている。

例えば、特許文献1に記載の水素含有ガス生成装置は、改質器での水素含有ガスの生成量を増加させるために改質器への原燃料の供給量と水蒸気発生器への水の供給量とを共に増加変化させるとき、改質器への原燃料の供給量を増加変化させる時点よりも前に水蒸気発生器への水の供給量を増加変化させるように構成されている。

概要

改質器に供給される原燃料と水蒸気との比を精度良く制御することができる水素含有ガス生成装置を提供する。水素含有ガスの生成量を増加させるために改質器2への原燃料の供給量と水蒸気発生器6への水の供給量とを共に増加変化させるとき、改質器2への原燃料の供給量を増加変化させる時点よりも前に水蒸気発生器6への水の供給量を増加変化させる水素含有ガス生成装置であって、水蒸気発生器6から改質器2に供給される水蒸気の量を推定可能な圧力値を検出する圧力検出器12を備え、改質制御手段13aは、改質器2での水素含有ガスの生成量を増加させるとき、水蒸気発生器6への水の供給量を増加変化させた後の圧力検出器12の検出結果に基づいて、改質器2への原燃料の供給量を増加変化させるタイミングを決定する。

目的

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、改質器での水蒸気不足の発生を回避可能な水素含有ガス生成装置、及び、その水素含有ガス生成装置において行われる水素含有ガス生成量調節方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

炭化水素を含む原燃料水蒸気の存在下で改質処理して水素含有ガスを生成する改質器と、供給される水を蒸発させて、前記改質器に水蒸気を供給する水蒸気発生器と、前記改質器への原燃料の供給量と前記水蒸気発生器への水の供給量とを制御する改質制御手段とを備え、前記改質制御手段は、前記改質器での水素含有ガスの生成量を増加させるために前記改質器への原燃料の供給量と前記水蒸気発生器への水の供給量とを共に増加変化させるとき、前記改質器への原燃料の供給量を増加変化させる時点よりも前に前記水蒸気発生器への水の供給量を増加変化させるように構成されている水素含有ガス生成装置であって、前記水蒸気発生器から前記改質器に供給される水蒸気の量を推定可能な圧力値を、前記水蒸気発生器に供給される水又は前記水蒸気発生器で発生された水蒸気が流通する流路内で検出する圧力検出器を備え、前記改質制御手段は、前記改質器での水素含有ガスの生成量を増加させるとき、前記水蒸気発生器への水の供給量を増加変化させた後の前記圧力検出器の検出結果に基づいて、前記改質器への原燃料の供給量を増加変化させるタイミングを決定するように構成されている水素含有ガス生成装置。

請求項2

前記水蒸気発生器と前記改質器との間の流路途中に設けられて、水蒸気の流量を制限する流量制限手段を備え、前記圧力検出器は、前記流量制限手段よりも上流側の、前記水蒸気発生器に供給される水又は前記水蒸気発生器で発生された水蒸気が流通する流路内の圧力を検出する請求項1に記載の水素含有ガス生成装置。

請求項3

前記改質制御手段は、前記改質器での水素含有ガスの生成量を目標生成量へと増加させるために、前記改質器への原燃料の供給量を目標原燃料量へと増加変化させ、前記水蒸気発生器への水の供給量を目標水量へと増加変化させるとき、前記水蒸気発生器への水の供給量を増加させた後の前記圧力検出器の検出値が、前記目標水量に対応した目標圧力値になると、前記改質器への原燃料の供給量を前記目標原燃料量へと増加変化させるタイミングであると決定するように構成されている請求項1又は2に記載の水素含有ガス生成装置。

請求項4

前記圧力検出器が圧力値を検出する部位での温度を検出する温度検出器を備え、前記改質制御手段は、前記温度検出器の検出結果に基づいて、前記圧力検出器の検出結果を補正換算する請求項1〜3の何れか一項に記載の水素含有ガス生成装置。

請求項5

炭化水素を含む原燃料を水蒸気の存在下で改質処理して水素含有ガスを生成する改質器と、供給される水を蒸発させて、前記改質器に水蒸気を供給する水蒸気発生器とを備える水素含有ガス生成装置において、前記改質器への原燃料の供給量と前記水蒸気発生器への水の供給量とを共に制御することで前記改質器での水素含有ガスの生成量を調節する水素含有ガス生成量調節方法であって、前記改質器での水素含有ガスの生成量を増加させるために前記改質器への原燃料の供給量と前記水蒸気発生器への水の供給量とを共に増加変化させるとき、前記改質器への原燃料の供給量を増加変化させる時点よりも前に前記水蒸気発生器への水の供給量を増加変化させ、前記水蒸気発生器への水の供給量を増加変化させた後の、前記水蒸気発生器に供給される水又は前記水蒸気発生器で発生された水蒸気が流通する流路内での圧力値に基づいて、前記改質器への原燃料の供給量を増加変化させるタイミングを決定する水素含有ガス生成量調節方法。

技術分野

0001

本発明は、炭化水素を含む原燃料水蒸気の存在下で改質処理して水素含有ガスを生成する改質器と、供給される水を蒸発させて、改質器に水蒸気を供給する水蒸気発生器と、改質器への原燃料の供給量と水蒸気発生器への水の供給量とを制御する改質制御手段とを備える水素含有ガス生成装置、及び、その水素含有ガス生成装置において行われる水素含有ガス生成量調節方法に関する。

背景技術

0002

燃料電池燃料ガスとして用いられる水素を生成するための装置として、炭化水素を含む原燃料を水蒸気の存在下で改質処理して水素を主に含む水素含有ガスを生成する改質器と、供給される水を蒸発させて、改質器に水蒸気を供給する水蒸気発生器と、改質器への原燃料の供給量と水蒸気発生器への水の供給量とを制御する改質制御手段とを備える水素含有ガス生成装置がある。

0003

水素含有ガス生成装置において原燃料の水蒸気改質を行なう場合、改質器が有する改質触媒におけるカーボン析出の防止や、改質器の下流側に設けられる一酸化炭素変成器出口ガス中のCO濃度一定値以下に収めるため、改質器に供給される原燃料中のカーボンに対する水蒸気の当量比(以下、「S/C」と記載することもある)を一定以上の大きさに制御する必要がある。但し、必要以上に水蒸気を供給した場合、水蒸気を発生させるのに要する熱量の元となる燃料を余分に消費し、エネルギー効率が低下するため、S/Cは一定範囲内での制御が必要となる。

0004

燃料電池の起動時や電力負荷上昇時、水素含有ガス生成装置から燃料電池へ供給する水素を増加させるためには、改質器へ供給する原燃料を増加させる必要がある。このとき、改質器へ供給する原燃料量を増加させるだけでなく、上述したS/Cを維持するために水蒸気発生器へ供給する水の量を増加させて水蒸気発生量を増加させ、その結果として改質器へ供給する水蒸気量も増加させる必要がある。但し、改質器に対して目標水蒸気量を供給するために水蒸気発生器に対して目標水量の水を供給しても、その目標水量の水の全てが蒸発するまでに時間を要する場合、実際には目標水蒸気量よりも少ない量の水蒸気しか改質器に供給できていないこともある。そのため、従来は、改質器へ供給する水蒸気量が所要量に到達するまで時間を要することを考慮して、負荷上昇時においてはあらかじめ定めた時限をもって負荷上昇前に改質水先行増量を行なっている。

0005

例えば、特許文献1に記載の水素含有ガス生成装置は、改質器での水素含有ガスの生成量を増加させるために改質器への原燃料の供給量と水蒸気発生器への水の供給量とを共に増加変化させるとき、改質器への原燃料の供給量を増加変化させる時点よりも前に水蒸気発生器への水の供給量を増加変化させるように構成されている。

先行技術

0006

特開2003−212505号公報

発明が解決しようとする課題

0007

しかしながら、供給された水を蒸発させるのに十分な熱を水蒸気発生器で供給できていないと、水が所要量蒸発するまでの時間は一定でない。つまり、改質器への原燃料の供給量を増加変化させる時点よりも一定時限前に水蒸気発生器への水の供給量を増加変化させたとしても、原燃料の供給量を増加変化させる時点で水が所要量蒸発しているとは限らず、S/Cについては誤差が生じることがある。
つまり、改質器に対して目標水蒸気量を供給するために水蒸気発生器に対して目標水量を供給しても、その目標水量の全てが蒸発するとは限らず、実際には目標水蒸気量よりも少ない量の水蒸気しか改質器に供給できていないこともある。その場合、S/Cが適切な範囲とならないため、上述したように改質器においてコーキングの発生や、水蒸気不足によって、改質処理により得られる水素ガス中のCOの濃度が上昇するなどの問題が発生し得る。

0008

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、改質器での水蒸気不足の発生を回避可能な水素含有ガス生成装置、及び、その水素含有ガス生成装置において行われる水素含有ガス生成量調節方法を提供する点にある。

課題を解決するための手段

0009

上記目的を達成するための本発明に係る水素含有ガス生成装置の特徴構成は、炭化水素を含む原燃料を水蒸気の存在下で改質処理して水素含有ガスを生成する改質器と、
供給される水を蒸発させて、前記改質器に水蒸気を供給する水蒸気発生器と、
前記改質器への原燃料の供給量と前記水蒸気発生器への水の供給量とを制御する改質制御手段とを備え、
前記改質制御手段は、前記改質器での水素含有ガスの生成量を増加させるために前記改質器への原燃料の供給量と前記水蒸気発生器への水の供給量とを共に増加変化させるとき、前記改質器への原燃料の供給量を増加変化させる時点よりも前に前記水蒸気発生器への水の供給量を増加変化させるように構成されている水素含有ガス生成装置であって、
前記水蒸気発生器から前記改質器に供給される水蒸気の量を推定可能な圧力値を、前記水蒸気発生器に供給される水又は前記水蒸気発生器で発生された水蒸気が流通する流路内で検出する圧力検出器を備え、
前記改質制御手段は、前記改質器での水素含有ガスの生成量を増加させるとき、前記水蒸気発生器への水の供給量を増加変化させた後の前記圧力検出器の検出結果に基づいて、前記改質器への原燃料の供給量を増加変化させるタイミングを決定するように構成されている点にある。

0010

上記特徴構成によれば、圧力検出器が、水蒸気発生器から改質器に供給される水蒸気の量を推定可能な圧力値を、水蒸気発生器に供給される水又は水蒸気発生器で発生された水蒸気が流通する流路内で検出する。つまり、改質制御手段は、圧力検出器が検出する圧力値に基づいて、水蒸気発生器から改質器に供給される水蒸気の量を高い精度で知ることができる。その結果、改質制御手段は、改質器に供給される原燃料の量と水蒸気の量とが適切な当量比(S/C)となるように制御できる。
従って、改質器での水蒸気不足の発生を回避可能な水素含有ガス生成装置を提供できる。

0011

本発明に係る水素含有ガス生成装置の別の特徴構成は、前記水蒸気発生器と前記改質器との間の流路途中に設けられて、水蒸気の流量を制限する流量制限手段を備え、
前記圧力検出器は、前記流量制限手段よりも上流側の、前記水蒸気発生器に供給される水又は前記水蒸気発生器で発生された水蒸気が流通する流路内の圧力を検出する点にある。

0012

上記特徴構成によれば、水蒸気発生器から改質器へ流れる水蒸気の流量を流量制限手段によって制限することで、流量制限手段よりも上流側の空間での圧力が、流量制限手段よりも上流側の水蒸気発生器で発生した水蒸気による圧力をより良く代表することとなる。その結果、改質制御手段は、圧力検出器が検出する圧力値に基づいて、水蒸気発生器から改質器に供給される水蒸気の量を更に高い精度で知ることができる。

0013

本発明に係る水素含有ガス生成装置の更に別の特徴構成は、前記改質制御手段は、前記改質器での水素含有ガスの生成量を目標生成量へと増加させるために、前記改質器への原燃料の供給量を目標原燃料量へと増加変化させ、前記水蒸気発生器への水の供給量を目標水量へと増加変化させるとき、
前記水蒸気発生器への水の供給量を増加させた後の前記圧力検出器の検出値が、前記目標水量に対応した目標圧力値になると、前記改質器への原燃料の供給量を前記目標原燃料量へと増加変化させるタイミングであると決定するように構成されている点にある。

0014

上記特徴構成によれば、水蒸気発生器に対して目標水量の水を供給したとき、その水の蒸発量が不十分であれば圧力検出器で検出される圧力値は目標圧力値に満たないが、その水の蒸発量が十分であれば圧力検出器で検出される圧力値は目標圧力値になる。つまり、圧力検出器の検出値に基づいて、水蒸気発生器に供給した目標水量に対応した水蒸気量の水蒸気が改質器へ供給されることを知ることができる。その結果、改質制御手段は、改質器に供給される原燃料の量と水蒸気の量とが適切な当量比(S/C)となるように制御できる。

0015

本発明に係る水素含有ガス生成装置の更に別の特徴構成は、前記圧力検出器が圧力値を検出する部位での温度を検出する温度検出器を備え、
前記改質制御手段は、前記温度検出器の検出結果に基づいて、前記圧力検出器の検出結果を補正換算する点にある。

0016

上記特徴構成によれば、温度検出器での検出結果に基づいて圧力検出器の検出結果を補正換算することで、水蒸気発生器から改質器に供給される水蒸気の量を高い精度で知ることができる。

0017

上記目的を達成するための本発明に係る水素含有ガス生成量調節方法の特徴構成は、炭化水素を含む原燃料を水蒸気の存在下で改質処理して水素含有ガスを生成する改質器と、供給される水を蒸発させて、前記改質器に水蒸気を供給する水蒸気発生器とを備える水素含有ガス生成装置において、前記改質器への原燃料の供給量と前記水蒸気発生器への水の供給量とを共に制御することで前記改質器での水素含有ガスの生成量を調節する水素含有ガス生成量調節方法であって、
前記改質器での水素含有ガスの生成量を増加させるために前記改質器への原燃料の供給量と前記水蒸気発生器への水の供給量とを共に増加変化させるとき、前記改質器への原燃料の供給量を増加変化させる時点よりも前に前記水蒸気発生器への水の供給量を増加変化させ、前記水蒸気発生器への水の供給量を増加変化させた後の、前記水蒸気発生器に供給される水又は前記水蒸気発生器で発生された水蒸気が流通する流路内での圧力値に基づいて、前記改質器への原燃料の供給量を増加変化させるタイミングを決定する点にある。

0018

上記特徴構成によれば、改質器での水素含有ガスの生成量を増加させるために改質器への原燃料の供給量と水蒸気発生器への水の供給量とを共に増加変化させるとき、改質器への原燃料の供給量を増加変化させる時点よりも前に水蒸気発生器への水の供給量を増加変化させる。そして、水蒸気発生器への水の供給量を増加変化させた後の、水蒸気発生器に供給される水又は水蒸気発生器で発生された水蒸気が流通する流路内での圧力値に基づいて、改質器への原燃料の供給量を増加変化させるタイミングを決定する。つまり、水蒸気発生器から改質器に供給される水蒸気の量を推定可能な圧力値を、水蒸気発生器に供給される水又は水蒸気発生器で発生された水蒸気が流通する流路内で検出することで、水蒸気発生器から改質器に供給される水蒸気の量を高い精度で知ることができる。その結果、改質器に供給される原燃料の量と水蒸気の量とが適切な当量比(S/C)となるように制御できる。

図面の簡単な説明

0019

燃料電池システムの構成を示す図である。
機器動作状態推移を説明するタイミング図である。
目標水量と目標圧力値との関係を示すグラフである。

実施例

0020

以下に図面を参照して本発明に係る水素含有ガス生成装置について説明する。
図1は、水素含有ガス生成装置を含む燃料電池システムの構成を示す図である。図示するように、燃料電池システムは、水素含有ガス生成装置を用いて生成した、水素を主成分とする燃料ガスを燃料電池FCに供給して、燃料電池FCにおいて発電反応を行わせるように構成されている。水素含有ガス生成装置は、改質器2と、水蒸気発生器6と、改質制御手段13aとして機能する制御装置13とを備える。加えて、図1に示す本実施形態の水素含有ガス生成装置は、脱硫器1と、一酸化炭素変成器3と、一酸化炭素除去器4と、燃焼器5を備える。

0021

脱硫器1は、供給される原燃料(例えば都市ガス)などに付臭剤として含まれる硫黄化合物脱硫処理する。

0022

水蒸気発生器6は、供給される水を蒸発させて、改質器2に水蒸気を供給する。具体的には、水蒸気発生器6に隣接して設けられる熱交換器8には、燃焼器5から排出された燃焼排ガスが供給され、その燃焼排ガスが有する熱が水蒸気発生器6に伝達されて水の蒸発に利用される。水蒸気発生器6で生成された水蒸気は、脱硫処理後の原燃料に添加される。また、本実施形態の水素含有ガス生成装置は、水蒸気発生器6を加熱可能な電気ヒーターHも備えている。つまり、水蒸気発生器6は、熱交換器8及び電気ヒーターHの少なくとも何れか一方から得られる熱を利用して、供給される水を蒸発させるように構成されている。

0023

燃焼器5は、可燃性ガス酸素ガスとの混合ガス燃焼して燃焼熱を発生させる。可燃性ガスとしては、燃料電池FCから排出された排燃料ガス(発電反応に用いられなかった水素を含むガス)を用いることができる。

0024

改質器2は、原燃料を水蒸気の存在下で改質処理して、水素を主成分とする水素含有ガスを生成する。具体的には、改質器2は、隣接して設けられる燃焼器5で発生された燃焼熱を利用して原燃料を水蒸気改質して、水素を主成分とし、副生成物としての一酸化炭素二酸化炭素とを含む改質ガスを生成する。

0025

一酸化炭素変成器3は、改質器2にて生成されたガスに含まれる一酸化炭素を低減するように処理する。具体的には、一酸化炭素変成器3において、改質器2で生成された改質ガス中に含まれている一酸化炭素と水蒸気とが反応して、一酸化炭素が二酸化炭素に変成処理される。

0026

一酸化炭素除去器4は、一酸化炭素変成器3から排出される変成処理後の改質ガス中に残留している一酸化炭素を除去する。例えば、一酸化炭素除去器4において、変成処理後の改質ガス中に残っている一酸化炭素が、新たに添加された空気中の酸素によって酸化除去される。その結果、一酸化炭素濃度の非常に低い、水素リッチな燃料ガスが生成される。
一酸化炭素除去器4によって処理された後の改質ガスは、燃料電池FCに供給されて発電反応に用いられる。

0027

図1に例示する燃料電池システムにおいて、燃料電池FCで発電された電力は、パワーコンディショナ9に供給されるように構成されている。
制御装置13は、燃料電池システムに設けられている各種機器の動作を制御する。具体的には、制御装置13の一機能である改質制御手段13aは、改質器2への原燃料の供給量と水蒸気発生器6への水の供給量とを制御する。改質器2への原燃料の供給量、即ち、脱硫器1への原燃料の供給量は、脱硫器1の上流側に設けられる流量調節手段としての原燃料流量調節弁10によって調節可能である。また、改質器2には、水蒸気供給路を介して水蒸気が供給される。この水蒸気は水蒸気発生器6で発生されたものである。水蒸気発生器6には水供給路を介して水が供給される。水蒸気発生器6への水の供給量は、水蒸気発生器6の上流側に設けられる給水量調節手段としてのポンプ11によって調節可能である。これら原燃料流量調節弁10及びポンプ11の動作は改質制御手段13aが制御する。
制御装置13は、パワーコンディショナ9の動作、例えば、燃料電池FCの出力電流を制御する。

0028

水素含有ガス生成装置は、水蒸気発生器6と改質器2との間の流路途中に設けられて、水蒸気の流量を制限する流量制限手段7を備える。例えば、流量制限手段7としてオリフィスを用いることができる。他にも、開度を調節可能な弁によって水蒸気の流量を制限するような流量制限手段7を用いてもよい。

0029

加えて、水素含有ガス生成装置は、水蒸気発生器6から改質器2に供給される水蒸気の量を推定可能な圧力値を、水蒸気発生器6に供給される水又は水蒸気発生器6で発生された水蒸気が流通する流路内で検出する圧力検出器12を備える。本実施形態では、圧力検出器12は、水蒸気発生器6よりも上流側、即ち、ポンプ11と水蒸気発生器6との間に設けられている。圧力検出器12をこの位置に設けることで、水蒸気発生器6での圧力が圧力検出器12の検出結果に反映されることとなる。

0030

更に、本実施形態において、圧力検出器12は、流量制限手段7よりも上流側の、水蒸気発生器6に供給される水又は水蒸気発生器6で発生された水蒸気が流通する流路内の圧力を検出する位置に設けられている。この圧力検出器12が設けられている位置は、水蒸気発生器6から改質器2へ流れる水蒸気の流量が流量制限手段7によって制限されることにより、検出される圧力値が、流量制限手段7よりも上流側の水蒸気発生器6で発生した水蒸気による圧力をより良く代表することとなる位置である。その結果、改質制御手段13aは、圧力検出器12が検出する圧力値に基づいて、水蒸気発生器6から改質器2に供給される水蒸気の量を更に高い精度で知ることができる。

0031

また、圧力検出器12による検出結果の精度を更に高めるために、温度検出器14の検出結果を用いることもできる。具体的には、本実施形態の水素含有ガス生成装置は、圧力検出器12が圧力値を検出する部位での温度を検出する温度検出器14を備え、改質制御手段13aは、温度検出器14の検出結果に基づいて、圧力検出器12の検出結果を補正換算する。尚、どのような補正演算式を用いて、圧力検出器12の検出結果を温度で補正するのかは適宜設定可能である。

0032

本実施形態では、改質制御手段13aは、改質器2での水素含有ガスの生成量を増加させるために改質器2への原燃料の供給量と水蒸気発生器6への水の供給量とを共に増加変化させるとき、改質器2への原燃料の供給量を増加変化させる時点よりも前に水蒸気発生器6への水の供給量を増加変化させる。特に、改質制御手段13aは、改質器2での水素含有ガスの生成量を増加させるとき、水蒸気発生器6への水の供給量を増加変化させた後の圧力検出器12の検出結果に基づいて、改質器2への原燃料の供給量を増加変化させるタイミングを決定する。

0033

図2は、改質器2での水素含有ガスの生成量を増加させるときの各機器の動作状態の推移を説明するタイミング図である。具体的には、燃料電池FCの出力上昇指令が発生した後での、ポンプ11によって調節される「水蒸気発生器6への水の供給量」、「圧力検出器12の検出値」、原燃料流量調節弁10によって調節される「脱硫器1への原燃料の供給量」、パワーコンディショナ9によって調節される「燃料電池FCの出力電流」の推移を示す。
以下、図1及び図2を参照して、水素含有ガス生成装置において行われる水素含有ガス生成量調節方法について説明する。

0034

図2に示す時刻t0において燃料電池FCの出力上昇指令が発生したとき、制御装置13の改質制御手段13aは、時刻t0以後に、改質器2での水素含有ガスの生成量を目標生成量へと増加させるために、改質器2への原燃料の供給量を目標原燃料量へと増加変化させ、水蒸気発生器6への水の供給量を目標水量へと増加変化させるような制御を行う。但し、時刻t0において改質制御手段13aは、改質器2への原燃料の供給量を目標原燃料量へと増加変化させることなく、先ず、水蒸気発生器6への水の供給量を目標水量へと増加変化させ始め、時刻t2において水蒸気発生器6への水の供給量を目標水量まで増加変化させる調節を完了する。

0035

また、時刻t0において水蒸気発生器6への水の供給量が増加し始めると、一定の時間遅れをもって水蒸気発生器6での水蒸気の生成量も増加し始めるため、時刻t1において圧力検出器12で検出される圧力値も上昇し始める。そして、時刻t3において、圧力検出器12で検出される圧力値は、上記目標水量に対応した目標圧力値となる。図3は、目標水量と目標圧力値との関係を示すグラフ、即ち、水蒸気発生器6に対して目標水量の水を供給して、その目標水量の水が全て蒸発されたとき、圧力検出器12で検出される圧力値がどれだけになるのかを示すグラフである。つまり、目標水量に増加変化させた後、圧力検出器12で検出される圧力値が図3に示された目標圧力値になると、その目標水量の水が全て蒸発されて、改質器2へ目標水蒸気量の水蒸気が供給されていると見なすことができる。本実施形態では、図3に示したような目標水量と目標圧力値との関係が、制御装置13に内蔵される記憶部又は制御装置13が読み出し可能な記憶装置に予め記憶されており、制御装置13の改質制御手段13aが目標水量と目標圧力値との関係を適宜読み出すものとする。

0036

時刻t3において制御装置13の改質制御手段13aは、水蒸気発生器6への水の供給量を目標水量へと増加させた後の圧力検出器12の検出値が、その目標水量に対応した目標圧力値になると、脱硫器1への原燃料の供給量を目標原燃料量へと増加変化させる。その結果、改質器2に供給される原燃料中のカーボンに対する水蒸気の当量比(S/C)を適切な範囲に保った状態で、原燃料の水蒸気改質が行なわれるようになる。これにより、改質器2でのコーキングの発生や、水蒸気不足によって、改質処理により得られる水素ガス中のCOの濃度が上昇するなどの問題の発生を抑制できる。

0037

また、時刻t3において制御装置13は、脱硫器1への原燃料の供給量の増加変化と合わせて、燃料電池FCの出力電流をパワーコンディショナ9の動作を制御して目標電流値へと増加変化させる。

0038

以上のように、本実施形態では、圧力検出器12が、水蒸気発生器6から改質器2に供給される水蒸気の量を推定可能な圧力値を、水蒸気発生器6に供給される水又は水蒸気発生器6で発生された水蒸気が流通する流路内で検出する。つまり、制御装置13の改質制御手段13aは、圧力検出器12が検出する圧力値に基づいて、水蒸気発生器6から改質器2に供給される水蒸気の量を高い精度で知ることができる。その結果、改質制御手段13aは、改質器2に供給される原燃料の量と水蒸気の量とが適切な当量比(S/C)となるように制御できる。

0039

<別実施形態>
上記実施形態では、本発明に係る水素含有ガス生成装置が設けられる燃料電池システムの構成について具体例を挙げて説明したが、その燃料電池システムの構成は適宜変更可能である。例えば、上記実施形態では、水蒸気発生器6を加熱するために熱交換器8及び電気ヒーターHを設けた構成を説明したが、電気ヒーターHを設けない構成であってもよい。また、上記実施形態では、燃料電池FCから排出された排燃料ガスを燃焼器5に供給して燃焼させる構成を説明したが、燃焼器5に上記原燃料として用いる都市ガスなどの他の可燃性ガスを供給して燃焼させるような構成変更を行ってもよい。
他にも、圧力検出器12や温度検出器14の設置位置を変更するような構成変更、流量制限手段7や温度検出器14を設けないような構成変更などを行ってもよい。

0040

本発明は、改質器での水蒸気不足の発生を回避可能な水素含有ガス生成装置及び水素含有ガス生成量調節方法に利用できる。

0041

2改質器
6水蒸気発生器
7流量制限手段
10原燃料流量調節弁(流量調節手段)
11ポンプ(給水量調節手段)
12圧力検出器
13a改質制御手段
14 温度検出器

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