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JP2009149478A - Reformer - Google Patents

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JP2009149478A
JP2009149478A JP2007330048A JP2007330048A JP2009149478A JP 2009149478 A JP2009149478 A JP 2009149478A JP 2007330048 A JP2007330048 A JP 2007330048A JP 2007330048 A JP2007330048 A JP 2007330048A JP 2009149478 A JP2009149478 A JP 2009149478A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
unit
passage
water
temperature
heat exchange
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007330048A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
和政 ▲高▼田
Kazumasa Takada
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aisin Seiki Co Ltd, Toyota Motor Corp filed Critical Aisin Seiki Co Ltd
Priority to JP2007330048A priority Critical patent/JP2009149478A/en
Publication of JP2009149478A publication Critical patent/JP2009149478A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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Abstract

【課題】運転条件が変化するときであっても、あるいは、定常運転のときであっても、有害成分浄化部の温度を安定化させるのに有利な改質装置を提供する。
【解決手段】改質装置2は、改質ガスを生成する改質部34と;改質ガスの有害成分を低減させる有害成分浄化部5Aと;第1通路4aを流れる水と、第2通路4cを流れて改質部34から有害成分浄化部5Aに向かう改質ガスとを熱交換させる熱交換部4と;熱交換部4の第1通路4aに水を供給する給水部36,27mと;熱交換部4の第1通路4aに流入する前の水の気液混合状態を直接または間接的に検知し、熱交換部4の第1通路4aの冷却能および/または有害成分浄化部5Aの温度を制御する制御部500とをもつ。
【選択図】図1
The present invention provides a reformer that is advantageous for stabilizing the temperature of a harmful component purification section even when operating conditions change or during steady operation.
A reformer includes a reforming unit that generates reformed gas; a harmful component purifying unit that reduces harmful components of the reformed gas; water flowing through a first passage and a second passage. A heat exchanging unit 4 for exchanging heat with the reformed gas flowing through the reforming unit 34 and flowing from the reforming unit 34 toward the harmful component purification unit 5A; water supply units 36 and 27m for supplying water to the first passage 4a of the heat exchanging unit 4; The gas-liquid mixing state of the water before flowing into the first passage 4a of the heat exchange section 4 is detected directly or indirectly, and the cooling capacity and / or harmful component purification section 5A of the first passage 4a of the heat exchange section 4 is detected. And a control unit 500 for controlling the temperature.
[Selection] Figure 1

Description


本発明は燃料原料から改質反応により改質ガスを生成する改質装置に関する。

The present invention relates to a reformer that generates a reformed gas from a fuel material by a reforming reaction.

従来、燃料原料から改質反応により改質ガスを生成する改質装置が提供されている(特許文献1)。この改質装置は、燃料原料から改質反応により改質ガスを生成する改質部と、改質部で生成された改質ガスの有害成分としての一酸化炭素をシフト反応により低減させるCOシフト部と、COシフト部を経て改質ガスに含まれる一酸化炭素を酸素と結合させて二酸化炭素として低減させるCO酸化除去部と、熱交換部と、熱交換部に水蒸気化された水を供給する給水部とを備えている。熱交換部は、互いに熱交換可能な第1通路と第2通路とをもつ。第1通路を流れる相対的に低温の水と、改質部から第2通路を流れて有害成分浄化部に向かう相対的に高温の改質ガスとを熱交換させる。これにより改質ガスを冷却して有害成分浄化部に供給する。このようにすれば有害成分浄化部に流入される改質ガスの温度が適温域となるため、有害成分浄化部における浄化性能が確保される。   Conventionally, a reformer that generates a reformed gas from a fuel material by a reforming reaction has been provided (Patent Document 1). This reformer has a reforming unit that generates reformed gas from a fuel material by a reforming reaction, and a CO shift that reduces carbon monoxide as a harmful component of the reformed gas generated in the reforming unit by a shift reaction. A CO oxidation removal unit that combines carbon monoxide contained in the reformed gas with oxygen through the CO shift unit to reduce it as carbon dioxide, a heat exchange unit, and water vaporized water is supplied to the heat exchange unit And a water supply section. The heat exchange unit has a first passage and a second passage that can exchange heat with each other. Heat exchange is performed between the relatively low temperature water flowing through the first passage and the relatively high temperature reformed gas flowing from the reforming section through the second passage toward the harmful component purification section. As a result, the reformed gas is cooled and supplied to the harmful component purification section. In this way, the temperature of the reformed gas flowing into the harmful component purification unit becomes an appropriate temperature range, so that purification performance in the harmful component purification unit is ensured.

また、特許文献2では、COシフト部(変性触媒部)を流れる改質ガスと、改質反応に使用される原料水とをCOシフト部(変性触媒部)において熱交換させる燃料処理装置が開示されている。このものによれば、COシフト部(変性触媒部)の温度を検知する温度センサを設け、COシフト部(変性触媒部)の温度に基づいて、原料水の供給量を制御している。
特開2004−115321号公報 特開2004−6093号公報
Patent Document 2 discloses a fuel processing device that exchanges heat between the reformed gas flowing in the CO shift section (modified catalyst section) and the raw water used for the reforming reaction in the CO shift section (modified catalyst section). Has been. According to this, the temperature sensor which detects the temperature of a CO shift part (denaturation catalyst part) is provided, and supply_amount | feed_rate of raw material water is controlled based on the temperature of a CO shift part (denaturation catalyst part).
JP 2004-115321 A JP 2004-6093 A

上記した改質装置においては、負荷変動などで改質装置の運転条件が変化するとき、あるいは、定常運転であっても外乱等の影響で、有害成分浄化部の温度の安定性が損なわれるおそれがある。この場合、有害成分を浄化する性能の安定性が損なわれるおそれがある。   In the above reformer, the stability of the temperature of the harmful component purification unit may be impaired when the operating conditions of the reformer change due to load fluctuations, or due to disturbances or the like even in steady operation. There is. In this case, the stability of the performance of purifying harmful components may be impaired.

そこで、特許文献2によれば、COシフト部(変性触媒部)の温度を検知する温度センサを設け、この温度信号に基づいて、給水部に供給する水の供給量を調節する方式を採用することにより、COシフト部(変性触媒部)の安定化を図っている。しかしながら、上記した方式ではCOシフト部(変性触媒部)の温度の安定化には必ずしも充分ではない。   Therefore, according to Patent Document 2, a temperature sensor that detects the temperature of the CO shift unit (denaturing catalyst unit) is provided, and a method of adjusting the amount of water supplied to the water supply unit based on this temperature signal is adopted. Thus, the CO shift part (modified catalyst part) is stabilized. However, the above-described method is not necessarily sufficient for stabilizing the temperature of the CO shift part (modified catalyst part).

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、負荷変動などで運転条件が変化するときであっても、あるいは、定常運転のときであっても、COシフト部やCO酸化除去部等といった有害成分浄化部の温度を安定化させるのに有利な改質装置を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and even when operating conditions change due to load fluctuation or the like, or during steady operation, a CO shift unit, a CO oxidation removal unit, etc. An object of the present invention is to provide a reformer that is advantageous for stabilizing the temperature of the harmful component purification section.

本発明者は、COシフト部やCO酸化除去部等といった有害成分浄化部の温度を安定化させるためには、有害成分浄化部に供給される改質ガスの流れ経路において、有害成分浄化部の上流に位置する熱交換部の温度を制御することが重要であること、更に、熱交換部の温度を制御するためには、熱交換部に流入する前の熱交換用の水の状態を検知することが重要であることを知見し、試験で確認し、本発明を完成した。   In order to stabilize the temperature of the harmful component purification unit such as the CO shift unit and the CO oxidation removal unit, the inventor of the harmful component purification unit in the flow path of the reformed gas supplied to the harmful component purification unit. It is important to control the temperature of the heat exchange section located upstream, and in order to control the temperature of the heat exchange section, the state of the water for heat exchange before flowing into the heat exchange section is detected. It was found that it was important to do this, and it was confirmed by a test, and the present invention was completed.

本発明に係る改質装置は、(i)燃料原料から改質反応により改質ガスを生成する改質部と、(ii)改質部で生成された改質ガスの有害成分を低減させる有害成分浄化部と、(iii)互いに熱交換可能な第1通路と第2通路とをもち、第1通路を流れる水と、第2通路を流れて改質部から有害成分浄化部に向かう改質ガスとを熱交換させることにより、改質ガスを冷却して有害成分浄化部に供給する熱交換部と、(iv)熱交換部の第1通路に水通路を介して水を供給する給水部と、(v)熱交換部の第1通路に流入する前の水の状態に関する物理量を直接的または間接的に検知し、検知された物理量に応じて、熱交換部の第1通路の冷却能および/または有害成分浄化部の温度を制御する制御部とを具備することを特徴とする。   The reformer according to the present invention includes (i) a reforming unit that generates reformed gas from a fuel raw material by a reforming reaction, and (ii) a harmful component that reduces harmful components of the reformed gas generated in the reforming unit. A component purification unit, and (iii) a first passage and a second passage that can exchange heat with each other, water flowing through the first passage, and reforming from the reforming unit to the harmful component purification unit through the second passage. A heat exchanging unit that cools the reformed gas by supplying heat to the gas and supplying the reformed gas to the harmful component purifying unit; and (iv) a water supply unit that supplies water to the first passage of the heat exchanging unit through the water passage. And (v) a physical quantity relating to the state of water before flowing into the first passage of the heat exchange section is detected directly or indirectly, and the cooling capacity of the first passage of the heat exchange section is detected according to the detected physical quantity. And / or a control unit that controls the temperature of the harmful component purification unit.

有害成分浄化部は、改質部で生成された改質ガスの有害成分を低減させるものである。有害成分としては一酸化炭素が例示される。従って、有害成分浄化部は、一酸化炭素と水蒸気とのシフト反応により一酸化炭素を酸化させて二酸化炭素に変化させる形態、および/または、一酸化炭素を酸素と反応させて二酸化炭素に変化させる形態が例示される。一般的には、有害成分浄化部の活性温度域は、改質部で生成された改質ガスの温度よりも低い。従って、改質部で生成された改質ガスを有害成分浄化部に供給するにあたり、改質ガスを冷却することが好ましい。そこで、熱交換部の第1通路を流れる水(液相および/または気相)と、熱交換部の第2通路を流れる高温の改質ガスとを熱交換させ、第2通路を介して有害成分浄化部に向けて流れる改質ガスを冷却させることにしている。   The harmful component purification unit reduces harmful components of the reformed gas generated in the reforming unit. Examples of harmful components include carbon monoxide. Therefore, the harmful component purification unit oxidizes carbon monoxide by the shift reaction between carbon monoxide and water vapor to change it to carbon dioxide, and / or reacts carbon monoxide with oxygen to change it to carbon dioxide. The form is illustrated. Generally, the active temperature range of the harmful component purification unit is lower than the temperature of the reformed gas generated in the reforming unit. Therefore, it is preferable to cool the reformed gas when supplying the reformed gas generated in the reforming unit to the harmful component purification unit. Therefore, the water (liquid phase and / or gas phase) flowing through the first passage of the heat exchange section and the high-temperature reformed gas flowing through the second passage of the heat exchange section are subjected to heat exchange, and harmful through the second passage. The reformed gas flowing toward the component purification unit is cooled.

ここで、熱交換部の第1通路の水の状態において、液相が過剰であり、水の冷却能が高すぎると、熱交換部の第1通路の冷却能が高すぎ、有害成分浄化部に流れる改質ガスの温度が過剰に低温化し、有害成分浄化部の温度が活性温度域に対して低めとなるおそれがある。この場合、有害成分浄化部が有する本来の浄化性能が発揮できなくなるおそれがある。   Here, in the state of the water in the first passage of the heat exchange section, if the liquid phase is excessive and the cooling capacity of water is too high, the cooling capacity of the first passage of the heat exchange section is too high, and the harmful component purification section. There is a possibility that the temperature of the reformed gas flowing in the gas will be excessively lowered, and the temperature of the harmful component purification unit will be lower than the active temperature range. In this case, the original purification performance of the harmful component purification unit may not be exhibited.

そこで、制御部は、熱交換部の第1通路に流入する前の水の状態に関する物理量を直接的または間接的に検知する。直接的検知とは、熱交換部の第1通路に流入する前の水の状態に関する物理量(温度、圧力等)を直接検知することをいう。間接的検知は、(i)熱交換部の第1通路を流れている水の物理量(温度、圧力等)から、第1通路に流入する前の水の状態に関する物理量(温度、圧力等)を推測する形態と、(ii)熱交換部の第1通路から流出する水の物理量(温度、圧力等)から、第1通路に流入する前の水の状態に関する物理量(温度、圧力等)を推測する形態とを含む。   Then, a control part detects the physical quantity regarding the state of the water before flowing in into the 1st channel | path of a heat exchange part directly or indirectly. Direct detection means directly detecting a physical quantity (temperature, pressure, etc.) relating to the state of water before flowing into the first passage of the heat exchange section. Indirect detection is based on (i) the physical quantity (temperature, pressure, etc.) related to the state of water before flowing into the first passage from the physical quantity (temperature, pressure, etc.) of the water flowing through the first passage of the heat exchange section. Estimate the physical quantity (temperature, pressure, etc.) related to the state of water before flowing into the first passage from the form to be guessed and (ii) the physical quantity (temperature, pressure, etc.) of the water flowing out from the first passage of the heat exchange section Including the form to be performed.

熱交換部の第1通路に流入する前の『水』は、液相状でも良いし、気相状でも良いし、気相と液相とが混合した気液混合流体でも良い。従って、水の状態に関する物理量としては、液相の水の温度、気相の水の温度、気相の水の圧力、気液混合流体の圧力が挙げられる。水の温度が高いと、水は液相から気相に変化するため、気相の比率が高くなり、水の圧力が増加する。このため水の圧力は水の温度、ひいては水の状態(気液混合状態)を間接的に示すパラメータとなり得る。液相の水の蒸発潜熱(気化熱)は大きいため、液相と気相との比率は水の冷却能に影響を与える。   The “water” before flowing into the first passage of the heat exchange unit may be in a liquid phase, a gas phase, or a gas-liquid mixed fluid in which a gas phase and a liquid phase are mixed. Therefore, the physical quantity relating to the state of water includes the temperature of liquid phase water, the temperature of gas phase water, the pressure of gas phase water, and the pressure of gas-liquid mixed fluid. If the temperature of the water is high, the water changes from the liquid phase to the gas phase, so the ratio of the gas phase increases and the water pressure increases. For this reason, the water pressure can be a parameter that indirectly indicates the temperature of the water, and thus the state of the water (gas-liquid mixed state). Since the latent heat of vaporization (heat of vaporization) of liquid phase water is large, the ratio between the liquid phase and the gas phase affects the cooling ability of water.

従って、第1通路に流入する前の水の状態に関する物理量は、第1通路に流入する前の液相の水の状態に関する物理量、気相の水の状態に関する物理量、気液混合の状態の水に関する物理量に相当することができる。   Therefore, the physical quantity relating to the state of water before flowing into the first passage is the physical quantity relating to the state of liquid phase water before flowing into the first passage, the physical quantity relating to the state of gas phase water, and the water in the state of gas-liquid mixing. Can correspond to physical quantities.

そして、制御部は、検知された物理量に応じて、熱交換部の第1通路の冷却能および/または有害成分浄化部の温度を制御する。即ち、検知された物理量(温度、圧力等)に基づいて熱交換部の第1通路の水の液相の比率が高く、水の冷却能が過剰に高いと判断されるときには、有害成分浄化部が過剰に降温するおそれがある。このため、制御部は、熱交換部の第1通路の冷却能を低減させ、有害成分浄化部の温度を昇温させる制御を行うことができる。ここで、第1通路の冷却能を低減させるためには、給水部に供給する水(液相)の単位時間あたりの流量を減少させる手段が例示される。   And a control part controls the cooling capacity of the 1st channel | path of a heat exchange part, and / or the temperature of a harmful | toxic component purification | cleaning part according to the detected physical quantity. That is, when it is determined that the ratio of the liquid phase of the water in the first passage of the heat exchange unit is high based on the detected physical quantity (temperature, pressure, etc.) and the cooling capacity of the water is excessively high, the harmful component purification unit May drop excessively. For this reason, the control part can perform the control which reduces the cooling capacity of the 1st channel | path of a heat exchange part, and raises the temperature of a harmful | toxic component purification | cleaning part. Here, in order to reduce the cooling capacity of the first passage, means for reducing the flow rate per unit time of water (liquid phase) supplied to the water supply unit is exemplified.

また、検知された物理量(温度、圧力等)に基づいて熱交換部の第1通路の水の気相の比率が過剰であり、冷却能が過剰に低いと判断されるときには、有害成分浄化部が過剰に昇温するおそれがある。このため、制御部は、熱交換部の第1通路の冷却能を高め、有害成分浄化部の温度を降温させる制御を行うことができる。第1通路の冷却能を高めるためには、給水部に供給する水(液相)の流量を増加させる手段、および/または、水通路の水を加熱要素で加熱する手段が例示される。   Further, when the ratio of the gas phase of the water in the first passage of the heat exchange unit is excessive based on the detected physical quantity (temperature, pressure, etc.) and the cooling capacity is determined to be excessively low, the harmful component purification unit May overheat. For this reason, the control part can perform the control which raises the cooling capacity of the 1st channel | path of a heat exchange part, and lowers the temperature of a harmful | toxic component purification | cleaning part. In order to increase the cooling capacity of the first passage, means for increasing the flow rate of water (liquid phase) supplied to the water supply unit and / or means for heating the water in the water passage with a heating element are exemplified.

以上説明したように本発明によれば、有害成分浄化部に供給される改質ガスの流れ経路において、有害成分浄化部の上流に位置する熱交換部の第1通路に流入する前の水の状態に関する物理量を直接または間接的に検知し、検知された物理量に応じて、熱交換部の第1通路の冷却能および/または有害成分浄化部の温度を制御することにしている。このため負荷変動などで改質装置の運転条件が変化するときであっても、あるいは、定常運転において外乱が発生するようなときであっても、改質ガスの有害成分を低減させる有害成分浄化部の温度を安定化させるのに有利となる。   As described above, according to the present invention, the water before flowing into the first passage of the heat exchange unit located upstream of the harmful component purification unit in the flow path of the reformed gas supplied to the harmful component purification unit. A physical quantity related to the state is detected directly or indirectly, and the cooling capacity of the first passage of the heat exchange section and / or the temperature of the harmful component purification section is controlled according to the detected physical quantity. Therefore, even when the operating conditions of the reformer change due to load fluctuations or when disturbances occur in steady operation, harmful component purification that reduces the harmful components of the reformed gas It is advantageous to stabilize the temperature of the part.

制御部は、熱交換部の第1通路に流入する前の水の状態に関する物理量として、当該水の温度および/または圧力を検知し、検知結果に応じて、熱交換部の第1通路の冷却能および/または有害成分浄化部の温度を制御する形態が例示される。熱交換部の第1通路に流入する前の水の温度は、第1通路の冷却能に直接影響を与え、ひいては有害成分浄化部の温度に大きな影響を与える。第1通路に流入する前の水の温度および/または圧力は、水の状態に関する物理量として使用できる。   The control unit detects the temperature and / or pressure of the water as a physical quantity related to the state of the water before flowing into the first passage of the heat exchange unit, and cools the first passage of the heat exchange unit according to the detection result. The form which controls the temperature of a performance and / or a harmful | toxic component purification part is illustrated. The temperature of the water before flowing into the first passage of the heat exchange section directly affects the cooling capacity of the first passage, and thus greatly affects the temperature of the harmful component purification section. The temperature and / or pressure of water before flowing into the first passage can be used as a physical quantity relating to the state of water.

給水部は、水を加熱して液相の水および気相の水を含む気液混合流体を発生させると共に水通路に繋がる気液混合流体発生部(蒸発部等)と、原料水を気液混合流体発生部に供給する原料水供給部(ポンプ等)とを備えている形態が例示される。熱交換部の第1通路で暖められ第1通路から流出した水は、改質部に改質反応を実行するために供給される形態が例示される。場合によっては、熱交換部の第1通路から流出した水は、他の用途に使用しても良い。   The water supply unit heats water to generate a gas-liquid mixed fluid containing liquid-phase water and gas-phase water, and a gas-liquid mixed fluid generating unit (evaporating unit or the like) connected to the water passage; The form provided with the raw material water supply part (pump etc.) supplied to a mixed fluid generation | occurrence | production part is illustrated. An example is shown in which the water that has been heated in the first passage of the heat exchange section and has flowed out of the first passage is supplied to the reforming section in order to perform the reforming reaction. Depending on the case, you may use the water which flowed out from the 1st channel | path of the heat exchange part for another use.

第1通路の冷却能が所定値よりも過剰であるとき、制御部は、気液混合流体発生部に供給する原料水の単位時間あたりの流量を低減させる形態が例示される。原料水の流量が低減されると、第1通路を流れる液相の水の量が低減されるため、第1通路の冷却能が低減される。所定値は、有害成分浄化部の材質、改質装置の使用環境等に応じて適宜設定される。   When the cooling capacity of the first passage is excessive beyond a predetermined value, the control unit may be configured to reduce the flow rate per unit time of the raw water supplied to the gas-liquid mixed fluid generation unit. When the flow rate of the raw material water is reduced, the amount of liquid phase water flowing through the first passage is reduced, so that the cooling capacity of the first passage is reduced. The predetermined value is appropriately set according to the material of the harmful component purification unit, the use environment of the reformer, and the like.

また、制御部は、第1通路に流入する前の水の状態に関する物理量を直接的または間接的に検知する検知部をもつ形態が例示される。水の状態に関する物理量としては、水の温度そのもの、水の温度を間接的に示すパラメータ(気相状の水または気液混合流体が示す圧力等)が挙げられる。   Moreover, the form with a detection part which detects directly or indirectly the physical quantity regarding the state of the water before flowing into a 1st channel | path is illustrated for a control part. Examples of the physical quantity related to the water state include the temperature of the water itself and a parameter (such as a pressure exhibited by gas-phase water or a gas-liquid mixed fluid) that indirectly indicates the temperature of the water.

また、制御部は、第1通路に流入する前の水の温度に関する物理量の降温微分値を求め、降温微分値に基づいて、第1通路の冷却能および/または有害成分浄化部の温度を制御する形態が例示される。例えば、降温の降温微分値が大きいときには、第1通路に流入する前の水の降温量が大きいため、給水部に供給する水(液相)の流量を低減させること、および/または、水通路の水を加熱することが好ましい。   In addition, the control unit obtains a temperature lowering differential value of the physical quantity related to the temperature of the water before flowing into the first passage, and controls the cooling capacity of the first passage and / or the temperature of the harmful component purification unit based on the temperature lowering differential value. The form to do is illustrated. For example, when the temperature drop differential value of the temperature drop is large, the temperature drop amount of water before flowing into the first passage is large, so that the flow rate of water (liquid phase) supplied to the water supply unit is reduced and / or the water passage It is preferable to heat the water.

また水通路には加熱要素が設けられている形態が例示される。この場合、第1通路の冷却能が所定値よりも過剰であるとき、制御部は、加熱要素の作動させる操作または加熱要素の発熱量を増加させる操作を行うことが好ましい。
この場合、第1通路の冷却能が過剰に高くなることが抑制される。
Moreover, the form by which the heating element is provided in the water channel is illustrated. In this case, when the cooling capacity of the first passage is excessive beyond a predetermined value, the control unit preferably performs an operation for operating the heating element or an operation for increasing the heat generation amount of the heating element.
In this case, the cooling capacity of the first passage is suppressed from becoming excessively high.

以下、本発明の実施例1について図1を参照して具体的に説明する。本実施例に係る改質装置は燃料電池システムに適用したものである。図1に示すように、
改質装置2は、改質用燃料(燃料原料)と水(水蒸気)との改質反応により改質ガスを生成する改質部34と、改質部34で生成された改質ガスの有害成分を低減させる有害成分浄化部5A(一酸化炭素浄化部)と、互いに熱交換可能な第1通路4aと第2通路4cとをもつ熱交換部4とを備えている。改質部34は、改質反応を促進させる改質触媒を有する。
Embodiment 1 of the present invention will be specifically described below with reference to FIG. The reformer according to the present embodiment is applied to a fuel cell system. As shown in FIG.
The reformer 2 includes a reforming unit 34 that generates a reformed gas by a reforming reaction between a reforming fuel (fuel material) and water (steam), and a harmful effect of the reformed gas generated in the reforming unit 34. A harmful component purification unit 5A (carbon monoxide purification unit) for reducing components and a heat exchange unit 4 having a first passage 4a and a second passage 4c that can exchange heat with each other are provided. The reforming unit 34 has a reforming catalyst that promotes the reforming reaction.

給水部は、原料水を燃焼部30で加熱して液相の水および気相の水を含む気液混合流体を発生させる気液混合流体発生部として機能する蒸発部36と、原料水を蒸発部36に供給する原料水供給部としてのポンプ27m(原料水搬送源)とを備えている。蒸発部36で生成された気液混合流体(水)は、水蒸気通路300(水通路)を介して熱交換部4に向かう。   The water supply unit evaporates the raw material water by evaporating the raw material water and the evaporation unit 36 that functions as a gas-liquid mixed fluid generating unit that heats the raw material water in the combustion unit 30 and generates a gas-liquid mixed fluid containing liquid phase water and vapor phase water. A pump 27m (raw material water conveyance source) as a raw water supply unit for supplying to the unit 36 is provided. The gas-liquid mixed fluid (water) generated in the evaporation unit 36 is directed to the heat exchange unit 4 through the water vapor passage 300 (water passage).

燃焼部30は、蒸発部36および改質部34に隣設しており、蒸発部36を加熱すると共に改質部34を加熱する。蒸発部36に供給された原料水は蒸発部36において水蒸気化される。水蒸気化した水は、蒸発部36と熱交換部4とを繋ぐ水蒸気通路300(水搬送通路)を介して、熱交換部4の第1通路4aに流れる。水蒸気通路300には、燃料通路62を流れる燃料原料と合流する合流域M1が設けられている。従って水蒸気通路300において合流域M1よりも上流では、一般的には、液相の水と気相の水とが混合した気液混合流体が流れる。水蒸気通路300において合流域M1よりも下流では、液相の水と気相の水と改質用の燃料原料(ガス)とが混合した気液混合流体が熱交換部4の第1通路4aを流れる。改質部34で生成された改質ガスは、熱交換部4の第2通路4cを流れて有害成分浄化部5Aに向かう。   The combustion unit 30 is adjacent to the evaporation unit 36 and the reforming unit 34, and heats the evaporation unit 36 and heats the reforming unit 34. The raw water supplied to the evaporation unit 36 is steamed in the evaporation unit 36. The steamed water flows into the first passage 4 a of the heat exchanging unit 4 through the water vapor passage 300 (water transport passage) connecting the evaporation unit 36 and the heat exchanging unit 4. The water vapor passage 300 is provided with a merging region M1 where the fuel raw material flowing through the fuel passage 62 is joined. Accordingly, in the water vapor passage 300, generally, a gas-liquid mixed fluid in which liquid phase water and gas phase water are mixed flows upstream of the merge region M1. In the water vapor passage 300, downstream of the merge region M <b> 1, a gas-liquid mixed fluid in which liquid phase water, gas phase water, and fuel material for reforming (gas) are mixed passes through the first passage 4 a of the heat exchange unit 4. Flowing. The reformed gas generated in the reforming unit 34 flows through the second passage 4c of the heat exchange unit 4 and travels toward the harmful component purification unit 5A.

熱交換部4は、第1通路4aを流れる相対的に低温(例えば70〜120℃)の気液混合流体と、第2通路4cを流れて改質部34から有害成分浄化部5Aに向かう相対的に高温の改質ガス(例えば300〜900℃)とを熱交換させる。これにより改質部34で生成された直後の高温の改質ガスを、熱交換部4における熱交換により冷却し、有害成分浄化部5Aに供給する。   The heat exchanging unit 4 is a relatively low temperature (for example, 70 to 120 ° C.) gas-liquid mixed fluid flowing through the first passage 4a and a relative flow from the reforming unit 34 toward the harmful component purification unit 5A through the second passage 4c. Thus, heat exchange with a hot reformed gas (for example, 300 to 900 ° C.) is performed. As a result, the high-temperature reformed gas immediately after being generated in the reforming unit 34 is cooled by heat exchange in the heat exchange unit 4 and supplied to the harmful component purification unit 5A.

有害成分浄化部5Aは、改質部34で生成された改質ガスの有害成分(一酸化炭素)を低減させるものである。有害成分が低減された改質ガスはアノードガスとして燃料電池に供給され、カソードガスと共に発電反応に使用される。有害成分浄化部5Aは、一酸化炭素と水蒸気とのシフト反応により一酸化炭素を酸化させて二酸化炭素に変化させるCOシフト部5と、一酸化炭素を酸素と反応させて二酸化炭素に変化させるCO酸化除去部37とを備えている。COシフト部5は一般的には、シフト反応を促進させる触媒を有する。CO酸化除去部37は、一般的には、酸化反応を促進させる触媒を有する。   The harmful component purification unit 5 </ b> A reduces the harmful component (carbon monoxide) of the reformed gas generated by the reforming unit 34. The reformed gas with reduced harmful components is supplied to the fuel cell as an anode gas, and is used for the power generation reaction together with the cathode gas. The harmful component purification unit 5A includes a CO shift unit 5 that oxidizes carbon monoxide by a shift reaction between carbon monoxide and water vapor to change it to carbon dioxide, and a CO that reacts carbon monoxide with oxygen to change it to carbon dioxide. An oxidation removal unit 37 is provided. The CO shift unit 5 generally has a catalyst that promotes the shift reaction. The CO oxidation removing unit 37 generally has a catalyst that promotes an oxidation reaction.

有害成分浄化部5Aにおける温度T2は温度センサ55で検知される。温度センサ55の検知信号は制御部500に入力される。ここで、有害成分浄化部5Aの活性温度域は、改質部34で生成された直後の改質ガスの温度(例えば300超〜900℃の範囲内)よりも低い。例えば、COシフト部5の活性温度域は200〜300℃の範囲内であり、CO酸化除去部37の活性温度域は80〜300℃の範囲内である。但し、活性温度域はこれに限定されるものではない。   The temperature sensor 2 detects the temperature T2 in the harmful component purification unit 5A. A detection signal of the temperature sensor 55 is input to the control unit 500. Here, the active temperature range of the harmful component purification unit 5A is lower than the temperature of the reformed gas immediately after being generated by the reforming unit 34 (for example, in the range of more than 300 to 900 ° C.). For example, the activation temperature range of the CO shift unit 5 is in the range of 200 to 300 ° C., and the activation temperature range of the CO oxidation removal unit 37 is in the range of 80 to 300 ° C. However, the activation temperature range is not limited to this.

改質部34で生成された高温の改質ガスを有害成分浄化部5Aに供給するにあたり、改質ガスを適温域に冷却し、その改質ガスを有害成分浄化部5Aに供給することが好ましい。改質ガスが適温域とされていないと、有害成分浄化部5Aにおける一酸化酸素浄化能力が充分に発揮されないおそれがある。   In supplying the high-temperature reformed gas generated in the reforming unit 34 to the harmful component purification unit 5A, it is preferable to cool the reformed gas to an appropriate temperature range and supply the reformed gas to the harmful component purification unit 5A. . If the reformed gas is not in the proper temperature range, the oxygen monoxide purification ability in the harmful component purification unit 5A may not be sufficiently exhibited.

そこで本実施例によれば、熱交換部4の第1通路4aを流れる水(液相および/または気相,改質ガスよりも低温)と、熱交換部4の第2通路4cを流れる相対的に高温の改質ガスとを積極的に熱交換させる。これにより熱交換部4の第2通路4cを介して有害成分浄化部5Aに向けて流れる改質ガスは、有害成分浄化部5Aに流入する前の段階で冷却される。   Therefore, according to the present embodiment, water (liquid phase and / or gas phase, lower temperature than the reformed gas) flowing through the first passage 4a of the heat exchange unit 4 and the relative flow through the second passage 4c of the heat exchange unit 4 are used. Heat exchange with the hot reformed gas. As a result, the reformed gas flowing toward the harmful component purification unit 5A via the second passage 4c of the heat exchange unit 4 is cooled in a stage before flowing into the harmful component purification unit 5A.

ここで、仮に熱交換部4の第1通路4aに流れる水において気相の比率が過剰に高いと、液相が過少であるため、水の水蒸気化による蒸発潜熱(気化熱)が期待できず、ひいては水の冷却能が低下し、熱交換部4の第1通路4aによる冷却能(熱交換能)が低下するおそれがあり、有害成分浄化部5Aに供給される改質ガスが過剰に昇温化するおそれがある。   Here, if the ratio of the gas phase in the water flowing through the first passage 4a of the heat exchange unit 4 is excessively high, the liquid phase is too small, so that latent heat of vaporization (heat of vaporization) due to water vaporization cannot be expected. As a result, the cooling capacity of water decreases, and the cooling capacity (heat exchange capacity) of the first passage 4a of the heat exchanging section 4 may decrease, and the reformed gas supplied to the harmful component purification section 5A increases excessively. There is a risk of warming.

その反面、熱交換部4の第1通路4aを流れる水の液相の比率が過剰に高いと、水による蒸発潜熱(気化熱)が過剰に増加し、第1通路4aによる冷却能が過剰となり、結果として、有害成分浄化部5Aに流れる改質ガスの温度が低温化し、有害成分浄化部5Aが活性温度域に対して相対的に低めとなるおそれがある。この場合、有害成分浄化部5Aの浄化性能が損なわれるおそれがある。   On the other hand, if the ratio of the liquid phase of the water flowing through the first passage 4a of the heat exchanging section 4 is excessively high, the latent heat of vaporization (heat of vaporization) due to water increases excessively, and the cooling ability by the first passage 4a becomes excessive. As a result, the temperature of the reformed gas flowing in the harmful component purification unit 5A is lowered, and the harmful component purification unit 5A may be relatively low with respect to the active temperature range. In this case, the purification performance of the harmful component purification unit 5A may be impaired.

そこで本実施例によれば、制御部500は、制御則1として、有害成分浄化部5Aにおける温度T2を温度センサ55により検知し、温度T2が活性温度域となるように、燃焼部30に供給される燃焼用燃料および燃焼用空気の単位時間当たりの流量、更にはポンプ27mの単位時間あたりの回転数(単位時間あたりの水搬送量)のうちの少なくとも一つを制御している。これにより燃焼部30の燃焼を制御し、蒸発部36で発生する気液混合流体における液相/気相の比率を適度に設定し、温度T2が有害成分浄化部5Aの活性温度域となるようにしている。このように熱交換部4の第1通路4aに流入する前の水の気液混合状態(液相/気相の比率)を適度に設定し、その気液混合流体を熱交換部4の第1通路4aに供給することにしている。これにより熱交換部4の第1通路4aによる冷却能(熱交換能)が良好に維持され、ひいては熱交換部4の熱交換量が良好に維持され、これにより有害成分浄化部5Aの浄化性能が充分に発揮できる。   Therefore, according to the present embodiment, as the control law 1, the control unit 500 detects the temperature T2 in the harmful component purification unit 5A by the temperature sensor 55, and supplies the temperature T2 to the combustion unit 30 so that the temperature T2 is in the active temperature range. At least one of the flow rate per unit time of the combustion fuel and combustion air and the number of rotations per unit time of the pump 27m (water transport amount per unit time) is controlled. Thereby, the combustion of the combustion unit 30 is controlled, the ratio of the liquid phase / gas phase in the gas-liquid mixed fluid generated in the evaporation unit 36 is set appropriately, and the temperature T2 becomes the active temperature range of the harmful component purification unit 5A. I have to. As described above, the gas-liquid mixed state (ratio of liquid phase / gas phase) of the water before flowing into the first passage 4a of the heat exchanging unit 4 is appropriately set, and the gas-liquid mixed fluid is set to One passage 4a is supplied. Thereby, the cooling capability (heat exchange capability) by the first passage 4a of the heat exchange unit 4 is maintained well, and the heat exchange amount of the heat exchange unit 4 is maintained well, thereby the purification performance of the harmful component purification unit 5A. Can be fully demonstrated.

しかしながら燃料電池等の負荷変動が発生し、改質装置2の運転条件が変化する場合、あるいは、定常運転であっても外乱の影響が大きい場合には、熱交換部4等の熱バランスが崩れるおそれがある。この場合、熱交換部4の第1通路4aに流入する前の水の状態が大きく変化するおそれがある。即ち、水の液相/気相の比率が大きく変化するおそれがある。この結果、熱交換部4の第1通路4aの冷却能が過剰に変動し、ひいては有害成分浄化部5Aにおける温度T2の安定性が損なわれるおそれがある。   However, when the load fluctuation of the fuel cell or the like occurs and the operation condition of the reformer 2 changes, or when the influence of disturbance is large even in the steady operation, the heat balance of the heat exchange unit 4 or the like is lost. There is a fear. In this case, there is a possibility that the state of water before flowing into the first passage 4a of the heat exchanging unit 4 may change greatly. That is, there is a possibility that the ratio of the liquid phase / gas phase of water changes greatly. As a result, the cooling capacity of the first passage 4a of the heat exchanging unit 4 may fluctuate excessively, and as a result, the stability of the temperature T2 in the harmful component purification unit 5A may be impaired.

そこで本実施例によれば、制御部500は、制御則1の他に制御則2を採用し、熱交換部4の第1通路4aに流入する前の水の状態(水蒸気通路300における水の状態)に応じて、熱交換部4の第1通路4aの冷却能を制御し、ひいては有害成分浄化部5Aの温度T2の安定化を図ることにしている。   Therefore, according to the present embodiment, the control unit 500 adopts the control law 2 in addition to the control law 1, and the state of water before flowing into the first passage 4a of the heat exchange unit 4 (water in the water vapor passage 300). The cooling ability of the first passage 4a of the heat exchanging unit 4 is controlled according to the state), and consequently the temperature T2 of the harmful component purifying unit 5A is stabilized.

以下、更に説明を加える。すなわち、制御部500は、水蒸気通路300の合流域M1の水の状態(水の温度T1)を検知する検知部としての温度センサ65をもつ。温度センサ65の検知信号は制御部500に入力される。これにより制御部500は、水蒸気通路300の合流域M1における水の温度を検知することができる。つまり、制御部500は、温度T1に基づいて、熱交換部4の第1通路4aに流入する前の水の冷却能、即ち、水の状態(液相の比率および/または気相の比率)を検知することができる。   Further explanation will be given below. That is, the control unit 500 includes a temperature sensor 65 as a detection unit that detects the state of water (water temperature T1) in the merge region M1 of the water vapor passage 300. A detection signal of the temperature sensor 65 is input to the control unit 500. Thereby, the control part 500 can detect the temperature of the water in the merge area M1 of the water vapor passage 300. That is, the control unit 500 determines the cooling capacity of water before flowing into the first passage 4a of the heat exchange unit 4, that is, the water state (liquid phase ratio and / or gas phase ratio) based on the temperature T1. Can be detected.

ここで、第1通路4aに流入する前の水の温度T1が相対的に低いと、水蒸気通路300の合流域M1を流れる水の状態において液相状の水の比率が多いことになり、熱交換部4の第1通路4aを流れる水(気液混合流体)の冷却能が高いことになる。また、温度T1が相対的に高いと、水蒸気通路300の合流域M1を流れる水の状態において液相状の水の比率が少なく、気相状の水の比率が高くなり、熱交換部4の第1通路4aを流れる水(気液混合流体)の冷却能が小さいことになる。ここで、液相状の水の比率が過剰であると、液相状の水が気化するときの蒸発潜熱(気化熱)が大きいため、熱交換部4の第1通路4aの冷却能が所定値よりも過剰であり、このとき、有害成分浄化部5Aに向かう改質ガスの温度が過剰に降温し、有害成分浄化部5Aの温度T2も過剰に降温するおそれがある。   Here, when the temperature T1 of the water before flowing into the first passage 4a is relatively low, the ratio of the liquid phase water is large in the state of the water flowing through the merge region M1 of the water vapor passage 300, and the heat The cooling ability of the water (gas-liquid mixed fluid) flowing through the first passage 4a of the exchange unit 4 is high. Further, when the temperature T1 is relatively high, the ratio of liquid-phase water is small in the state of water flowing through the merge region M1 of the water vapor passage 300, the ratio of vapor-phase water is high, and the heat exchange unit 4 The cooling ability of the water (gas-liquid mixed fluid) flowing through the first passage 4a is small. Here, if the ratio of the liquid phase water is excessive, the latent heat of vaporization (heat of vaporization) when the liquid phase water is vaporized is large, so that the cooling ability of the first passage 4a of the heat exchange unit 4 is predetermined. In this case, the temperature of the reformed gas toward the harmful component purification unit 5A is excessively decreased, and the temperature T2 of the harmful component purification unit 5A may be excessively decreased.

そこで、第1通路4aに流入する前の水の温度T1が相対的に低いとき、制御部500は、ポンプ27mの単位時間あたりの回転数(原料水搬送量)を低減させる指令をポンプ27mに出力する。よって、蒸発部36に供給される原料水の単位時間あたりの流量が低減される。これにより燃焼部30の燃焼を維持しつつ、水蒸気通路300を流れる気液混合流体において液相の水の比率が相対的に低下すると共に、気相の水の比率が相対的に増加する。この結果、熱交換部4の第1通路4aの冷却能が抑えられて適性化される。ひいては熱交換部4の第1通路4aと第2通路4cとの熱交換量が適性化される。従って、第2通路4cを流れる改質ガスの過剰低温化が抑制され、有害成分浄化部5Aの温度T2が活性温度域に良好に維持される。このようにして制御部500は、熱交換部4の第1通路4aの冷却能を制御し、有害成分浄化部5Aの温度を活性温度域に制御する。このため上記したように負荷変動が発生し改質装置2の運転条件が変化するときであっても、あるいは、定常運転において外乱の影響が大きいときであっても、有害成分浄化部5Aによる浄化性能が維持される。なおポンプ27mの回転数について、制御則1による指令値と制御則2による指令値とが異なる場合には、制御則2を優先させる。   Therefore, when the temperature T1 of the water before flowing into the first passage 4a is relatively low, the controller 500 instructs the pump 27m to reduce the rotational speed (raw material water transport amount) per unit time of the pump 27m. Output. Therefore, the flow rate per unit time of the raw material water supplied to the evaporation unit 36 is reduced. Thereby, while maintaining the combustion of the combustion unit 30, the ratio of liquid phase water in the gas-liquid mixed fluid flowing through the water vapor passage 300 is relatively decreased, and the ratio of gas phase water is relatively increased. As a result, the cooling capacity of the first passage 4a of the heat exchanging unit 4 is suppressed and is made suitable. As a result, the amount of heat exchange between the first passage 4a and the second passage 4c of the heat exchange section 4 is optimized. Therefore, the excessively low temperature of the reformed gas flowing through the second passage 4c is suppressed, and the temperature T2 of the harmful component purification unit 5A is favorably maintained in the active temperature range. In this way, the control unit 500 controls the cooling capacity of the first passage 4a of the heat exchange unit 4 and controls the temperature of the harmful component purification unit 5A to the active temperature range. Therefore, even when the load fluctuation occurs and the operation condition of the reformer 2 changes as described above, or even when the influence of disturbance is large in the steady operation, the purification by the harmful component purification unit 5A is performed. Performance is maintained. When the command value based on the control law 1 and the command value based on the control law 2 are different for the rotation speed of the pump 27m, the control law 2 is prioritized.

ところで、図2は実際の改質装置2を用いて改質運転を実施しつつ測定した実機データ(制御則1を実施するものの、制御則2を実施していない場合)を示す。図2において横軸は時間を示す。縦軸は、温度センサ65の温度T1(特性線W1)および温度センサ55の温度T2(特性線W2)を示すと共に、蒸発部36に供給される原料水の単位時間あたりの流量(特性線WA)を示す。   By the way, FIG. 2 shows actual machine data (in the case where the control law 1 is implemented but the control law 2 is not implemented) measured while performing the reforming operation using the actual reformer 2. In FIG. 2, the horizontal axis indicates time. The vertical axis indicates the temperature T1 (characteristic line W1) of the temperature sensor 65 and the temperature T2 (characteristic line W2) of the temperature sensor 55, and the flow rate (characteristic line WA) per unit time of the raw water supplied to the evaporator 36. ).

燃料電池の負荷が変動するときには、それに応じて改質装置2の運転条件を変化させる。例えば、燃料電池の負荷が増加し発電電流を増加させるときには、蒸発部36に供給される原料水の流量を増加させる。図2において、原料水の流量を上昇させる時刻をt1とする。図2の特性線W1に示すように、水蒸気通路300の合流域M1の温度T1が時刻t2において、降温し始める。時刻t2は時刻t1の直後である(t2>t1)。また、図2の特性線W2に示すように、時刻t1から所定時間が経過した時刻t3(t3>t2>t1)において、原料水の増加の影響で有害成分浄化部5Aの温度T2が降温し始める。時刻t3は時刻t2に対して時間差Δt遅延している。上記したように有害成分浄化部5Aが過剰に降温すると、有害成分浄化部5Aの浄化性能が損なわれるおそれがある。   When the load of the fuel cell fluctuates, the operating conditions of the reformer 2 are changed accordingly. For example, when the load of the fuel cell is increased and the generated current is increased, the flow rate of the raw water supplied to the evaporation unit 36 is increased. In FIG. 2, the time when the flow rate of the raw material water is increased is assumed to be t1. As shown by the characteristic line W1 in FIG. 2, the temperature T1 of the merge area M1 of the water vapor passage 300 starts to drop at time t2. Time t2 is immediately after time t1 (t2> t1). Further, as shown by the characteristic line W2 in FIG. 2, at the time t3 (t3> t2> t1) when a predetermined time has elapsed from the time t1, the temperature T2 of the harmful component purification unit 5A is lowered due to the influence of the increase in raw material water. start. The time t3 is delayed by a time difference Δt with respect to the time t2. As described above, when the harmful component purification unit 5A cools down excessively, the purification performance of the harmful component purification unit 5A may be impaired.

ところで、有害成分浄化部5Aの温度T2を安定化させる制御においては、水蒸気通路300の合流域M1の温度T1に基づくのではなく、有害成分浄化部5Aの温度T2をフィードバック制御し、温度T2が降温したらポンプ82の回転数を低下させる制御も考えられる。   By the way, in the control for stabilizing the temperature T2 of the harmful component purification unit 5A, feedback control of the temperature T2 of the harmful component purification unit 5A is not performed based on the temperature T1 of the merge region M1 of the water vapor passage 300, and the temperature T2 is Control that reduces the rotational speed of the pump 82 when the temperature falls is also conceivable.

この場合においても、ポンプ82の回転数を低下させ蒸発部36に供給する原料水の流量を低下させれば、有害成分浄化部5Aの温度T2の過剰の降温が抑制される。しかしながら図2の特性線W2から理解できるように、有害成分浄化部5Aの温度T2が降温を開始する時刻t3は、合流域M1の温度T1が降温を開始する時刻t2よりもΔt遅延している。このため有害成分浄化部5Aの温度T2の降温を回復させる制御応答が遅延し、有害成分浄化部5Aにおける浄化性能が損なわれるおそれがある。従って上記した本実施例のように、改質ガスの流れ流路において有害成分浄化部5Aよりも上流に位置する熱交換部4の第1通路4aに流入する前の水の温度、即ち、水蒸気通路300の合流域M1の温度T1を検知し、温度T1に基づいてポンプ27mによる単位時間あたりの給水量(回転数)を制御すれば、外乱に対して応答性を早くでき、有害成分浄化部5Aの温度T2を活性温度域に良好に維持することができる。   Even in this case, if the rotational speed of the pump 82 is decreased to reduce the flow rate of the raw material water supplied to the evaporation unit 36, the excessive temperature decrease of the temperature T2 of the harmful component purification unit 5A is suppressed. However, as can be understood from the characteristic line W2 in FIG. 2, the time t3 at which the temperature T2 of the harmful component purification unit 5A starts to cool is delayed by Δt from the time t2 at which the temperature T1 in the merging zone M1 starts to cool down. . For this reason, the control response for recovering the temperature drop of the temperature T2 of the harmful component purification unit 5A is delayed, and the purification performance in the harmful component purification unit 5A may be impaired. Therefore, as in the above-described embodiment, the temperature of the water before flowing into the first passage 4a of the heat exchange unit 4 located upstream of the harmful component purification unit 5A in the flow path of the reformed gas, that is, the water vapor If the temperature T1 of the junction area M1 of the passage 300 is detected and the amount of water supplied per unit time (number of rotations) by the pump 27m is controlled based on the temperature T1, the response to disturbance can be accelerated, and the harmful component purification unit The temperature T2 of 5A can be maintained well in the active temperature range.

図3は実施例2を示す。本実施例は実施例1と基本的には同様の構成、作用効果を有するため、図1および図2を準用する。以下、実施例1と相違する部分を中心として説明する。図3は制御部500が実行する制御のフローチャートを示す。図3に示すように、まず燃料電池が発電中か否か判定する(ステップS104)。発電中でなければ(ステップS104のNo)、ステップS122に進む。発電中であれば(ステップS104のYes)、センサ65,55の信号を読み込み、温度T1,温度T2を計測する(ステップS106)。温度T1,温度T2をフィルタ処理してノイズを除去する(ステップS108)。有害成分浄化部5Aの温度T2の目標値を演算で求める(ステップS110)。有害成分浄化部5Aの温度T2が目標値となるように、温度T2に対してPID制御を行い(ステップS112)、ポンプ27mの単位時間あたりの回転数、燃焼部30に供給される燃焼用燃料および燃焼用空気の単位時間あたりの流量を制御する。PID制御に限らず、P制御またはPI制御としても良い。   FIG. 3 shows a second embodiment. Since the present embodiment basically has the same configuration and effect as the first embodiment, FIGS. 1 and 2 are applied mutatis mutandis. Hereinafter, a description will be given centering on portions different from the first embodiment. FIG. 3 shows a flowchart of control executed by the control unit 500. As shown in FIG. 3, it is first determined whether or not the fuel cell is generating power (step S104). If power generation is not in progress (No in step S104), the process proceeds to step S122. If power generation is in progress (Yes in step S104), the signals of the sensors 65 and 55 are read, and the temperature T1 and the temperature T2 are measured (step S106). The noise is removed by filtering the temperature T1 and the temperature T2 (step S108). A target value of the temperature T2 of the harmful component purification unit 5A is obtained by calculation (step S110). PID control is performed on the temperature T2 so that the temperature T2 of the harmful component purification unit 5A becomes a target value (step S112), the rotational speed per unit time of the pump 27m, and the combustion fuel supplied to the combustion unit 30 And control the flow rate of combustion air per unit time. Not only PID control but P control or PI control may be used.

水蒸気通路300の合流域M1における温度T1が所定温度TX(例えば110℃)未満か否か判定する(ステップS114)。   It is determined whether or not the temperature T1 in the merge region M1 of the water vapor passage 300 is lower than a predetermined temperature TX (eg, 110 ° C.) (step S114).

ここで、ステップS114は、熱交換部4の第1通路4aに流入する前の水(水蒸気通路300の合流域M1)の状態を判定する手段として機能できる。即ち、ステップS114は、熱交換部4の第1通路4aに流入する前の水において、気相および/または液相の比率を判定する手段として機能できる。換言すると、ステップS114は、熱交換部4の第1通路4aに供給させる直前の水(水蒸気通路300の合流域M1を流れる水)の冷却能が、有害成分浄化部5Aを過剰に降温させる程、過剰であるか否かを判定する手段として機能できる。   Here, step S114 can function as a means for determining the state of the water before flowing into the first passage 4a of the heat exchanging unit 4 (confluence region M1 of the water vapor passage 300). That is, step S114 can function as a means for determining the ratio of the gas phase and / or the liquid phase in the water before flowing into the first passage 4a of the heat exchange unit 4. In other words, in step S114, the cooling capacity of water immediately before being supplied to the first passage 4a of the heat exchanging unit 4 (water flowing through the merge region M1 of the water vapor passage 300) excessively lowers the temperature of the harmful component purification unit 5A. It can function as a means for determining whether or not it is excessive.

温度T1が所定温度TX(例えば110℃)以上であれば、熱交換部4の第1通路4aを流れる前の水(水蒸気通路300の合流域M1)が気相となっている比率はかなり高く、液相となっている比率はかなり低いため、当該水の冷却能はあまり高くなく、有害成分浄化部5Aを過剰に降温させる確率が低いと考えられる。また温度T1が所定温度TX(例えば110℃)以下であれば、熱交換部4の第1通路4aを流れる前の水(水蒸気通路300の合流域M1)が液相となっている比率が高く、気相となっている比率は低いため、当該水の冷却能は高く、有害成分浄化部5Aを過剰に降温させる確率が高いと考えられる。   If the temperature T1 is equal to or higher than a predetermined temperature TX (for example, 110 ° C.), the ratio of the water before flowing through the first passage 4a of the heat exchanging section 4 (the confluence region M1 of the water vapor passage 300) is in a gas phase is quite high. Since the ratio of the liquid phase is considerably low, the cooling capacity of the water is not so high, and it is considered that the probability of excessively cooling the harmful component purification unit 5A is low. Further, if the temperature T1 is equal to or lower than a predetermined temperature TX (for example, 110 ° C.), the ratio of the water before flowing through the first passage 4a of the heat exchanging unit 4 (merging region M1 of the water vapor passage 300) is in a liquid phase is high. Since the ratio of the gas phase is low, the cooling ability of the water is high, and it is considered that there is a high probability that the harmful component purification unit 5A is excessively cooled.

なお、上記した所定温度TXは例えば110℃に設定されているが、これに限らず、場合によっては、使用環境等に応じて、95℃、100℃、115℃、120℃としても良い。制御部500は、夏期モードおよび/または冬季モードにおいて所定温度TXを変化させても良い。   In addition, although the above-mentioned predetermined temperature TX is set to 110 degreeC, for example, it is not restricted to this, According to use environment etc., it is good also as 95 degreeC, 100 degreeC, 115 degreeC, and 120 degreeC. The controller 500 may change the predetermined temperature TX in the summer mode and / or the winter mode.

ステップS114の判定結果、水蒸気通路300の合流域M1における水の温度T1が所定温度(例えば110℃)未満であれば(ステップS114のNo)、当該水の冷却能は過剰ではなく、従って、有害成分浄化部5Aが過剰に降温する確率が低く、このため蒸発部36に供給する原料水の単位時間あたりの流量を減少させる必要がないため、ステップS122に進む。   As a result of the determination in step S114, if the water temperature T1 in the merge area M1 of the water vapor passage 300 is lower than a predetermined temperature (eg, 110 ° C.) (No in step S114), the cooling capacity of the water is not excessive and therefore harmful. Since there is a low probability that the component purification unit 5A will drop the temperature excessively, it is not necessary to reduce the flow rate per unit time of the raw material water supplied to the evaporation unit 36, so the process proceeds to step S122.

これに対して、ステップS114の判定の結果、水蒸気通路300の合流域M1における温度T1が所定温度(110℃)未満であれば(ステップS114のYes)であれば、当該水の冷却能はかなり高く、従って、有害成分浄化部5Aが過剰に降温する確率が高く、このため蒸発部36に供給する原料水の単位時間あたりの流量を減少させる必要が高い。   On the other hand, as a result of the determination in step S114, if the temperature T1 in the merge region M1 of the water vapor passage 300 is less than the predetermined temperature (110 ° C.) (Yes in step S114), the cooling capacity of the water is considerably high. Therefore, there is a high probability that the harmful component purifying unit 5A will excessively lower the temperature, and it is therefore necessary to reduce the flow rate per unit time of the raw water supplied to the evaporation unit 36.

そこで、制御部500は、温度T1の降温微分値(基準時間(例えば10sec)における温度変化量)を求める(ステップS116)。温度T1の降温微分値が所定微分値γ(例えば10℃)を超えていれば(ステップS118のYes)、水蒸気通路300を流れる水の液相の比率が過剰に高く、温度T1が急激に低温化しており、熱交換部4の第1通路4aの冷却能が過剰となり、有害成分浄化部5Aの温度T2を過剰に低温化させるおそれが高いと考えられる。   Therefore, the control unit 500 obtains a temperature lowering differential value (temperature change amount at a reference time (for example, 10 sec)) of the temperature T1 (step S116). If the temperature lowering differential value of the temperature T1 exceeds a predetermined differential value γ (for example, 10 ° C.) (Yes in step S118), the ratio of the liquid phase of the water flowing through the water vapor passage 300 is excessively high, and the temperature T1 rapidly decreases. It is considered that the cooling ability of the first passage 4a of the heat exchange unit 4 becomes excessive, and there is a high possibility that the temperature T2 of the harmful component purification unit 5A is excessively lowered.

そこで、制御部500は、原料水減算処理を実行し、蒸発部36に供給する原料水を減算させる単位時間あたりの流量を求める(ステップS120)。この場合、温度T1および温度T2等に応じて減算流量を求める。更に、合流域M1に供給されるガス状の改質用燃料の単位時間あたりの流量を考慮し、蒸発部36に供給する原料水の単位時間あたりの目標流量を演算で求める(ステップS122)。これにより蒸発部36に供給される水の単位時間あたりの流量が低下することになる。演算にあたり、合流域M1に供給されるガス状の改質用燃料の流量、温度T1,T2等の関係は、制御装置500のメモリの所定のエリアにマップとして予め格納されている。   Therefore, the control unit 500 executes the raw material water subtraction process to obtain a flow rate per unit time for subtracting the raw material water supplied to the evaporation unit 36 (step S120). In this case, the subtracted flow rate is obtained according to the temperature T1, the temperature T2, and the like. Further, in consideration of the flow rate per unit time of the gaseous reforming fuel supplied to the merge area M1, the target flow rate per unit time of the raw material water supplied to the evaporation section 36 is obtained by calculation (step S122). As a result, the flow rate per unit time of the water supplied to the evaporator 36 decreases. In the calculation, the relationship between the flow rate of the gaseous reforming fuel supplied to the merge region M1, the temperatures T1, T2, and the like is stored in advance in a predetermined area of the memory of the control device 500 as a map.

更に、改質運転時において改質部34でコーキングを発生させないコーキング防止用のS/Cとして、最低基準値αが制御部500のメモリの所定のエリアに設定されている。S/Cは、Steam/Carbonの比率を意味し、改質部34に供給されるHOのモル数と、改質部34に供給される燃料原料に含まれるCのモル数との比率に相当する。S/C比が過剰に低いときには、燃料原料量に対して水蒸気量が過少であり、改質部34において炭素が生成してコーキングが発生するおそれがあり、好ましくない。 Further, a minimum reference value α is set in a predetermined area of the memory of the control unit 500 as an S / C for preventing coking that does not cause coking in the reforming unit 34 during the reforming operation. S / C means the ratio of Steam / Carbon, and the ratio between the number of moles of H 2 O supplied to the reforming section 34 and the number of moles of C contained in the fuel material supplied to the reforming section 34. It corresponds to. When the S / C ratio is excessively low, the amount of water vapor is excessive with respect to the amount of fuel material, and carbon may be generated in the reforming section 34 to cause coking, which is not preferable.

制御部500は、上記したように演算で求められた原料水の目標流量に相当するS/C比としてα1を求める(ステップS124)。最低基準値αとα1とを比較する(ステップS126)。最低基準値α(=S/C)よりもα1(=S/C)が小さいときには(α>α1)、水蒸気が過少となり、改質運転時において改質部34においてコーキングが発生するおそれがあると考えられる。このため、演算で求めた水の目標流量に補正流量βを加算する(ステップS128)。補正流量βを加算した目標流量に対応する回転数指令をポンプ27mに出力する(ステップS130)。   The controller 500 obtains α1 as the S / C ratio corresponding to the target flow rate of raw material water obtained by calculation as described above (step S124). The lowest reference value α is compared with α1 (step S126). When α1 (= S / C) is smaller than the minimum reference value α (= S / C) (α> α1), water vapor becomes too small, and coking may occur in the reforming section 34 during the reforming operation. it is conceivable that. For this reason, the correction flow rate β is added to the target flow rate of water obtained by calculation (step S128). A rotation speed command corresponding to the target flow rate obtained by adding the correction flow rate β is output to the pump 27m (step S130).

また、ステップS126の判定の結果、αよりもα1が大きいときには(α≦α1)、蒸発部36に供給される原料水の流量を低減させたとしても、改質部34においてコーキングが発生するおそれが少ないか無いと考えられるため、目標流量に対応する回転数指令(ポンプ27mが搬送する水の単位時間あたり流量を減少させる指令)をポンプ27mに出力し(ステップS130)、メインルーチンにリターンする。   Further, as a result of the determination in step S126, when α1 is larger than α (α ≦ α1), coking may occur in the reforming unit 34 even if the flow rate of the raw material water supplied to the evaporation unit 36 is reduced. Therefore, the rotational speed command corresponding to the target flow rate (command to decrease the flow rate per unit time of water carried by the pump 27m) is output to the pump 27m (step S130), and the process returns to the main routine. .

これにより改質部34におけるコーキングを防止しつつ、蒸発部36に供給される原料水の単位時間あたりの流量を低下させる。これにより熱交換部4の第1通路4aを流れる水の状態(液相および気相の比率)を適性化し、ひいては熱交換部4の第1通路4aを流れる水の気液混合状態を適性化させる。この結果、熱交換部4における冷却能の過剰化が抑制される。ひいては有害成分浄化部5Aの温度T2は活性温度域に維持される。この結果、有害成分浄化部5Aの温度T2における一酸化炭素低減効果が良好に得られ、改質ガスが良好に浄化される。このように本実施例によれば、熱交換部4の第1通路4aに流入する前の水の気液混合状態(水の液相/気相の比率)に応じて、熱交換部4の第1通路4aの冷却能および/または有害成分浄化部5Aの温度を制御することにしている。   Thereby, the flow rate per unit time of the raw material water supplied to the evaporation unit 36 is reduced while preventing coking in the reforming unit 34. As a result, the state of the water flowing through the first passage 4a of the heat exchange section 4 (ratio of the liquid phase and the gas phase) is optimized, and consequently the gas-liquid mixture state of the water flowing through the first passage 4a of the heat exchange section 4 is optimized. Let As a result, excessive cooling capacity in the heat exchange unit 4 is suppressed. As a result, the temperature T2 of the harmful component purification unit 5A is maintained in the activation temperature range. As a result, the carbon monoxide reduction effect at the temperature T2 of the harmful component purification unit 5A is obtained well, and the reformed gas is purified well. As described above, according to the present embodiment, according to the gas-liquid mixed state of water (liquid / phase ratio of water) before flowing into the first passage 4a of the heat exchange unit 4, the heat exchange unit 4 The cooling ability of the first passage 4a and / or the temperature of the harmful component purification unit 5A is controlled.

本実施例は実施例1,2と基本的には同様の構成、作用効果を有するため、図1〜図3を準用する。前記した実施例1,2では、制御部500は、制御則1として、有害成分浄化部5Aにおける温度T2を温度センサ55により検知し、温度T2が活性温度域となるように、燃焼部30に供給される燃焼用燃料および燃焼用空気の単位時間当たりの流量、ポンプ27mの単位時間あたり回転数を制御している。更に実施例1,2では、制御部500は、制御則2として、水蒸気通路300の合流域M1の水の状態(水の温度T1)を温度センサ65で検知し、温度T1に基づいて、ポンプ27mの単位時間あたり回転数(搬送水量に相当)を制御している。   Since this embodiment has basically the same configuration and operation effects as the first and second embodiments, FIGS. 1 to 3 are applied mutatis mutandis. In the first and second embodiments, the control unit 500 detects, as the control law 1, the temperature T2 in the harmful component purification unit 5A by the temperature sensor 55, and sets the combustion unit 30 so that the temperature T2 is in the active temperature range. The flow rate per unit time of the supplied combustion fuel and combustion air and the rotation speed per unit time of the pump 27m are controlled. Further, in the first and second embodiments, the control unit 500 detects the water state (water temperature T1) in the merge area M1 of the water vapor passage 300 with the temperature sensor 65 as the control law 2, and based on the temperature T1, the pump The number of rotations per unit time of 27 m (corresponding to the amount of water transported) is controlled.

しかし本実施例によれば、制御則1を実施せず、制御則2を実施している。   However, according to the present embodiment, the control law 1 is not executed, but the control law 2 is executed.

図4は実施例4を示す。本実施例は実施例1と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、実施例1と相違する部分を中心として説明する。本実施例によれば、蒸発部36から熱交換部4に向かう水蒸気通路300に圧力センサ65pが設けられている。圧力センサ65pの検知信号は制御部500に入力される。圧力センサ65pは、水蒸気通路300を流れる水(液相の水と気相の水とが混合した気液混合流体)の圧力を検知する。圧力が高いことは、水の気相の比率が高いことを意味し、水蒸気通路300の水の温度T1が高いことを意味し、水蒸気通路300の水の気相の比率が高いことを意味する。ここで、圧力センサ65pが計測する圧力値と温度T1と気相の比率は、実験等により求められ、制御部500のメモリに予め格納されている。   FIG. 4 shows a fourth embodiment. The present embodiment basically has the same configuration and operational effects as the first embodiment. Hereinafter, a description will be given centering on portions different from the first embodiment. According to the present embodiment, the pressure sensor 65p is provided in the water vapor passage 300 from the evaporator 36 to the heat exchanger 4. The detection signal of the pressure sensor 65p is input to the control unit 500. The pressure sensor 65p detects the pressure of the water flowing through the water vapor passage 300 (a gas-liquid mixed fluid in which liquid phase water and gas phase water are mixed). A high pressure means that the water vapor phase ratio is high, the water temperature T1 in the water vapor passage 300 is high, and the water vapor phase ratio in the water vapor passage 300 is high. . Here, the ratio of the pressure value measured by the pressure sensor 65p, the temperature T1, and the gas phase is obtained through experiments or the like, and is stored in advance in the memory of the control unit 500.

制御部500は、圧力センサ65pの信号に基づいて、水蒸気通路300の水の温度T1を求め、当該水の状態(気相および/または液相の比率)を検知する。このように制御部500は、熱交換部4の第1通路4aに流入する前の水の状態を間接的に検知し、ポンプ27mの単位時間あたりの回転数を調整する指令を出力する。これにより、前記した実施例と同様に、制御部500は、熱交換部4の第1通路4aの冷却能および/または有害成分浄化部5Aの温度を制御する。   The controller 500 obtains the temperature T1 of the water in the water vapor passage 300 based on the signal from the pressure sensor 65p, and detects the state of the water (the ratio of the gas phase and / or the liquid phase). Thus, the control unit 500 indirectly detects the state of water before flowing into the first passage 4a of the heat exchange unit 4, and outputs a command to adjust the rotational speed per unit time of the pump 27m. Thereby, the control part 500 controls the cooling capacity of the 1st channel | path 4a of the heat exchange part 4, and / or the temperature of the harmful | toxic component purification | cleaning part 5A similarly to the above-mentioned Example.

図5は実施例5を示す。本実施例は前記した実施例1と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、実施例1と相違する部分を中心として説明する。本実施例によれば、蒸発部36から熱交換部4の第1通路4aに向かう水蒸気通路300には、加熱要素330が設けられている。加熱要素330は水蒸気通路300を流れる水を加熱するものであり、電気的ヒータおよび/またはガス燃焼ヒータが例示される。   FIG. 5 shows a fifth embodiment. The present embodiment basically has the same configuration and function as the first embodiment. Hereinafter, a description will be given centering on portions different from the first embodiment. According to the present embodiment, the heating element 330 is provided in the water vapor passage 300 from the evaporator 36 to the first passage 4 a of the heat exchange unit 4. The heating element 330 heats water flowing through the water vapor passage 300, and an electric heater and / or a gas combustion heater are exemplified.

第1通路4aに流入する前(水蒸気通路300)の水の温度T1が過剰に低いときには、制御部500は、加熱要素330をオンさせたり、オンしている加熱要素330の発熱量を増加させたりする指令を出力する。この結果、水蒸気通路300の合流域M1を流れる水の状態において、気相状の水の比率が高くなり、熱交換部4の第1通路4aを流れる水(気液混合流体)の冷却能が小さくなる。このため、有害成分浄化部5Aに向かう改質ガスの温度が過剰に降温することが抑制され、有害成分浄化部5Aの温度T2も過剰に降温するおそれが抑制される。   When the temperature T1 of the water before flowing into the first passage 4a (water vapor passage 300) is excessively low, the control unit 500 turns on the heating element 330 or increases the heat generation amount of the heating element 330 that is turned on. Command to output. As a result, in the state of water flowing through the merge area M1 of the water vapor passage 300, the ratio of vapor-phase water is increased, and the cooling ability of the water (gas-liquid mixed fluid) flowing through the first passage 4a of the heat exchange unit 4 is increased. Get smaller. For this reason, it is suppressed that the temperature of the reformed gas toward the harmful component purification unit 5A is excessively decreased, and the possibility that the temperature T2 of the harmful component purification unit 5A is excessively decreased is also suppressed.

図6は実施例6を示す。本実施例は実施例1と基本的には同様の構成、作用硬化を有する。以下、実施例1と相違する部分を中心として説明する。本実施例によれば、熱交換部4の第1通路4aから流出した後の水の状態(水の液相/気相の比率)に応じて、熱交換部4の第1通路4aの冷却能および/または有害成分浄化部5Aの温度を制御することにしている。以下、更に説明を加える。すなわち、制御部500は、水の温度T1aを検知する検知部としての温度センサ65aをもつ。温度T1aは、熱交換部4の第1通路4aから流出し、且つ、改質部34に流入する前の温度である。   FIG. 6 shows a sixth embodiment. The present embodiment basically has the same configuration and action hardening as the first embodiment. Hereinafter, a description will be given centering on portions different from the first embodiment. According to the present embodiment, the cooling of the first passage 4a of the heat exchange unit 4 according to the state of the water after flowing out of the first passage 4a of the heat exchange unit 4 (the ratio of the liquid phase / gas phase of water). The temperature of the performance and / or harmful component purification unit 5A is controlled. Further explanation will be given below. That is, the control unit 500 includes a temperature sensor 65a as a detection unit that detects the temperature T1a of water. The temperature T1a is a temperature before flowing out from the first passage 4a of the heat exchange unit 4 and flowing into the reforming unit 34.

温度センサ65aの検知信号は制御部500に入力される。これにより制御部500は、温度T1aに基づいて、熱交換部4の第1通路4aに流入する前の水の温度(第1通路4aに流入する前の水の状態)を間接的に検知することができる。つまり、制御部500は、熱交換部4の第1通路4aに流入する前の水の状態(液相の比率または気相の比率)を間接的に検知することができる。   A detection signal of the temperature sensor 65 a is input to the control unit 500. Accordingly, the control unit 500 indirectly detects the temperature of the water before flowing into the first passage 4a of the heat exchange unit 4 (the state of the water before flowing into the first passage 4a) based on the temperature T1a. be able to. That is, the control unit 500 can indirectly detect the state of water (liquid phase ratio or gas phase ratio) before flowing into the first passage 4a of the heat exchange unit 4.

ここで、温度T1aが相対的に低いと、熱交換部4の第1通路4aに流入する前の水において、液相状の水の比率が高く、水の冷却能が相対的に高いことになる。また、温度T1aが相対的に高いと、熱交換部4の第1通路4aに流入する前の水において、気相状の水の比率が高く、水の冷却能が相対的に低いことになる。   Here, when the temperature T1a is relatively low, in the water before flowing into the first passage 4a of the heat exchange unit 4, the ratio of liquid phase water is high and the cooling capacity of water is relatively high. Become. Moreover, when temperature T1a is relatively high, in the water before flowing into the 1st channel | path 4a of the heat exchange part 4, the ratio of gaseous water will be high and the cooling capacity of water will be relatively low. .

従って、液相状の水の比率が過剰であると、熱交換部4の第1通路4aの冷却能が所定値よりも過剰であり、このとき、有害成分浄化部5Aの温度が過剰に降温し、これの活性温度域よりも低くなる。そこで、制御部500は、ポンプ27mの単位時間あたりの回転数(原料水搬送量)を低減させる指令をポンプ27mに出力する。よって、蒸発部36に供給される原料水の単位時間あたりの流量を低減させる。これにより水蒸気通路300を流れる気液混合流体において液相の水の比率が相対的に低下すると共に、気相の水の比率が相対的に増加する。この結果、熱交換部4の第1通路4aの冷却能が適性化される。ひいては熱交換部4の第1通路4aと第2通路4cとの熱交換量が適性化される。従って、第2通路4cを流れる改質ガスの過剰低温化が抑制され、有害成分浄化部5Aの温度T2が良好に維持される。   Therefore, if the ratio of the liquid phase water is excessive, the cooling capacity of the first passage 4a of the heat exchange unit 4 is excessive than a predetermined value, and at this time, the temperature of the harmful component purification unit 5A is excessively decreased. However, it becomes lower than the activation temperature range. Therefore, the control unit 500 outputs a command to the pump 27m to reduce the rotational speed (raw material water transport amount) per unit time of the pump 27m. Therefore, the flow rate per unit time of the raw material water supplied to the evaporation unit 36 is reduced. Thereby, in the gas-liquid mixed fluid flowing through the water vapor passage 300, the ratio of the liquid phase water is relatively decreased, and the ratio of the vapor phase water is relatively increased. As a result, the cooling capacity of the first passage 4a of the heat exchange unit 4 is optimized. As a result, the amount of heat exchange between the first passage 4a and the second passage 4c of the heat exchange section 4 is optimized. Accordingly, the excessively low temperature of the reformed gas flowing through the second passage 4c is suppressed, and the temperature T2 of the harmful component purifying unit 5A is favorably maintained.

図7は実施例7を示す。本実施例は実施例1と基本的には同様の構成、作用硬化を有する。本実施例は実施例1と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、実施例1と相違する部分を中心として説明する。本実施例によれば、図7に示すように、制御部500は、熱交換部4の内部において、第1通路4aを流れる水の温度T1bを検知する検知部としての温度センサ65bをもつ。温度T1bが相対的に低いと、熱交換部4の第1通路4aに流入する前の水において、液相状の水の比率が多いことになる。液相状の水の比率が過剰であると、熱交換部4の第1通路4aの冷却能が所定値よりも過剰であり、このとき、有害成分浄化部5Aの温度T2が過剰に降温し、所定温度よりも低くなるおそれがある。そこで、制御部500は、ポンプ27mの単位時間あたりの回転数(原料水搬送量)を低減させる指令をポンプ27mに出力する。これにより前述同様に、水蒸気通路300を流れる気液混合流体において液相の水の比率が相対的に低下すると共に、気相の水の比率が相対的に増加する。この結果、熱交換部4の第1通路4aの冷却能(熱交換量)が適性化される。従って、第2通路4cを流れる改質ガスの過剰低温化が抑制され、有害成分浄化部5Aの温度T2が良好に維持される。このため上記したように運転条件が変化するときであっても、有害成分浄化部5Aによる浄化性能が維持される。   FIG. 7 shows a seventh embodiment. The present embodiment basically has the same configuration and action hardening as the first embodiment. The present embodiment basically has the same configuration and operational effects as the first embodiment. Hereinafter, a description will be given centering on portions different from the first embodiment. According to the present embodiment, as shown in FIG. 7, the control unit 500 includes the temperature sensor 65b as a detection unit that detects the temperature T1b of the water flowing through the first passage 4a inside the heat exchange unit 4. When the temperature T1b is relatively low, the ratio of liquid phase water in the water before flowing into the first passage 4a of the heat exchange unit 4 is large. When the ratio of the liquid phase water is excessive, the cooling capacity of the first passage 4a of the heat exchange unit 4 is excessive than a predetermined value. At this time, the temperature T2 of the harmful component purification unit 5A is excessively decreased. There is a possibility that the temperature becomes lower than a predetermined temperature. Therefore, the control unit 500 outputs a command to the pump 27m to reduce the rotational speed (raw material water transport amount) per unit time of the pump 27m. As a result, as described above, the ratio of liquid phase water in the gas-liquid mixed fluid flowing through the water vapor passage 300 is relatively decreased, and the ratio of gas phase water is relatively increased. As a result, the cooling capacity (heat exchange amount) of the first passage 4a of the heat exchange unit 4 is optimized. Accordingly, the excessively low temperature of the reformed gas flowing through the second passage 4c is suppressed, and the temperature T2 of the harmful component purifying unit 5A is favorably maintained. Therefore, even when the operating conditions change as described above, the purification performance by the harmful component purification unit 5A is maintained.

図8は実施例8を示す。本実施例は実施例1と基本的には同様の構成、作用効果を有する。図8に示すように、燃料電池1は、プロトン伝導性をもつ固体高分子膜10を燃料極11と酸化剤極12とで厚み方向に挟持する膜電極接合体13を複数組み付けて形成されている。固体高分子膜10の材質としては、炭化フッ素系樹脂(例えばパーフルオロスルホン酸樹脂)または炭化水素系樹脂が例示される。燃料電池1としては、シート状の膜電極接合体13を厚み方向に複数積層する方式でも良いし、チューブ状の膜電極接合体13を複数配置する方式でも良い。   FIG. 8 shows an eighth embodiment. The present embodiment basically has the same configuration and operational effects as the first embodiment. As shown in FIG. 8, the fuel cell 1 is formed by assembling a plurality of membrane electrode assemblies 13 that sandwich a solid polymer membrane 10 having proton conductivity between a fuel electrode 11 and an oxidant electrode 12 in the thickness direction. Yes. Examples of the material of the solid polymer film 10 include a fluorocarbon resin (for example, perfluorosulfonic acid resin) or a hydrocarbon resin. The fuel cell 1 may be a system in which a plurality of sheet-like membrane electrode assemblies 13 are stacked in the thickness direction, or a system in which a plurality of tube-shaped membrane electrode assemblies 13 are arranged.

図8に示すように、改質装置2は、燃焼バーナで形成された燃焼部30と、燃焼部30により加熱される改質部34と、燃焼部30に対面する燃焼通路32と、燃焼通路32に連通する燃焼通路33と、燃焼通路33に連通する燃焼通路35と、原料水を蒸発させる蒸発部36と、CO酸化除去部37(CO選択酸化部ともいう)とを備えている。   As shown in FIG. 8, the reformer 2 includes a combustion section 30 formed of a combustion burner, a reforming section 34 heated by the combustion section 30, a combustion passage 32 facing the combustion section 30, and a combustion passage. 32, a combustion passage 33 communicating with the combustion passage 33, a combustion passage 35 communicating with the combustion passage 33, an evaporation section 36 for evaporating the raw material water, and a CO oxidation removal section 37 (also referred to as a CO selective oxidation section).

改質部34は燃焼通路32と燃焼通路33との間に配置されており、内通路34iと外通路34pと折返部34mとをもつ。改質部34の回りを包囲するように、筒状の燃焼通路33が配置されている。燃焼通路35は、燃焼通路33から折り返した筒状通路である。燃焼通路33,35の間には、筒状の断熱部31が配置されている。燃焼通路35の回りを包囲するように、筒状の蒸発部36が同軸的に配置されている。燃焼通路35は蒸発部36の内周側に同軸的に配置されている。蒸発部36は、燃焼通路35を通過する燃焼ガスにより加熱される。蒸発部36の回りを包囲するように、通常のCO酸化除去部37が配置されている。従って、蒸発部36とCO酸化除去部37とは互いに熱交換される。   The reforming portion 34 is disposed between the combustion passage 32 and the combustion passage 33, and has an inner passage 34i, an outer passage 34p, and a turn-up portion 34m. A cylindrical combustion passage 33 is arranged so as to surround the reforming section 34. The combustion passage 35 is a cylindrical passage that is folded back from the combustion passage 33. A cylindrical heat insulating portion 31 is disposed between the combustion passages 33 and 35. A cylindrical evaporator 36 is coaxially arranged so as to surround the combustion passage 35. The combustion passage 35 is coaxially disposed on the inner peripheral side of the evaporation portion 36. The evaporator 36 is heated by the combustion gas that passes through the combustion passage 35. A normal CO oxidation removing unit 37 is arranged so as to surround the evaporation unit 36. Therefore, the evaporation unit 36 and the CO oxidation removal unit 37 are mutually heat-exchanged.

CO酸化除去部37の外周には、保温用の筒状の断熱層39が配置されている。   On the outer periphery of the CO oxidation removing portion 37, a heat insulating cylindrical heat insulating layer 39 is disposed.

改質部34は、改質反応を促進させる改質触媒34eを担持する担体を有する。改質触媒34eの活性温度域は一般的には500〜800℃であるが、これに限定されるものではない。改質部34は下記の式(1)に基づいて、改質用燃料と水蒸気とに基づいて水蒸気改質を行い、水素を主要成分とする改質ガスを生成する。改質ガスは一酸化炭素を含む。   The reforming unit 34 includes a carrier that supports a reforming catalyst 34e that promotes a reforming reaction. The active temperature range of the reforming catalyst 34e is generally 500 to 800 ° C., but is not limited thereto. The reforming unit 34 performs steam reforming based on the reforming fuel and steam based on the following formula (1) to generate reformed gas containing hydrogen as a main component. The reformed gas contains carbon monoxide.

更に、図8に示すように、改質装置2は、改質部34の下方に配置された熱交換部4と、熱交換部4の下方に配置されたCOシフト部5(有害成分浄化部)と、COシフト部5と熱交換部4との間に配置された暖機部47(ヒータ)とを備えている。ここで、蒸発部36の下流に熱交換部4が設けられ、熱交換部4の下流にCOシフト部5が設けられている。   Further, as shown in FIG. 8, the reformer 2 includes a heat exchanging unit 4 disposed below the reforming unit 34 and a CO shift unit 5 (hazardous component purification unit) disposed below the heat exchanging unit 4. ) And a warm-up unit 47 (heater) disposed between the CO shift unit 5 and the heat exchange unit 4. Here, the heat exchange unit 4 is provided downstream of the evaporation unit 36, and the CO shift unit 5 is provided downstream of the heat exchange unit 4.

COシフト部5は、下記の(2)式に基づいて、水蒸気を利用して一酸化酸素を低減させるシフト反応を促進させ、改質ガスに含まれているCOを低減させる。COシフト部5はシフト触媒5e(例えば銅−亜鉛系触媒)を担持する担体を有する。シフト触媒5eの活性温度域は一般的には200〜300℃であるが、これに限定されるものではない。COシフト部5の温度がこれの活性温度域から大きく外れると、COシフト部5のシフト反応が損なわれ、一酸化炭素が充分に浄化されないおそれがある。COシフト部5で浄化された改質ガスに含まれているCOの濃度は、改質用燃料にもよるが、一般的にはモル比で0.2〜1%である。但しこれに限られるものではない。COシフト部5は通路5iと通路5vと折返部5mとをもつ。COシフト部5の出口5pと酸化用空気通路75とは、第2合流域M2を介して浄化通路400により接続されている。   Based on the following formula (2), the CO shift unit 5 promotes a shift reaction for reducing oxygen monoxide using water vapor, and reduces CO contained in the reformed gas. The CO shift unit 5 includes a carrier that supports a shift catalyst 5e (for example, a copper-zinc catalyst). The active temperature range of the shift catalyst 5e is generally 200 to 300 ° C., but is not limited thereto. If the temperature of the CO shift unit 5 greatly deviates from the activation temperature range, the shift reaction of the CO shift unit 5 may be impaired, and carbon monoxide may not be sufficiently purified. The concentration of CO contained in the reformed gas purified by the CO shift unit 5 is generally 0.2 to 1% in molar ratio, although it depends on the reforming fuel. However, it is not limited to this. The CO shift unit 5 has a passage 5i, a passage 5v, and a turning portion 5m. The outlet 5p of the CO shift unit 5 and the oxidation air passage 75 are connected by a purification passage 400 via the second merge region M2.

CO酸化除去部37(有害成分浄化部)は、COシフト部5の下流に配置されており、COシフト部5を通過した改質ガスに含まれているCOを二酸化炭素に下記の式(3)に基づいて、酸化させて低減させる酸化反応を促進させるものである。CO酸化除去部37は、選択酸化触媒37e(例えばルテニウム系)を担持する担体を有する。選択酸化触媒37eの活性温度域は一般的には100〜200℃である。但しこれに限られるものではない。CO酸化除去部37の温度がこれの活性温度域から大きく外れると、CO酸化除去部37における酸化反応が損なわれるおそれがある。CO酸化除去部37で浄化された改質ガスに含まれているCOの濃度は一般的には10ppm以下である。但しこれに限られるものではない。
式(1)…CH+HO→3H+CO(吸熱反応)
式(2)…CO+HO→H+CO(発熱反応)
式(3)…CO+1/2O→CO(発熱反応)
本実施例によれば、COシフト部5はCO酸化除去部37の上流に配置されているため、式(2)→式(3)の順に実行される。
The CO oxidation removing unit 37 (hazardous component purifying unit) is disposed downstream of the CO shift unit 5, and CO contained in the reformed gas that has passed through the CO shift unit 5 is converted into carbon dioxide as the following formula (3 ) To promote an oxidation reaction that is reduced by oxidation. The CO oxidation removing unit 37 includes a carrier that supports a selective oxidation catalyst 37e (for example, ruthenium-based). The active temperature range of the selective oxidation catalyst 37e is generally 100 to 200 ° C. However, it is not limited to this. If the temperature of the CO oxidation removing unit 37 is greatly deviated from the activation temperature range, the oxidation reaction in the CO oxidation removing unit 37 may be impaired. The concentration of CO contained in the reformed gas purified by the CO oxidation removing unit 37 is generally 10 ppm or less. However, it is not limited to this.
Formula (1) ... CH 4 + H 2 O → 3H 2 + CO (endothermic reaction)
Formula (2): CO + H 2 O → H 2 + CO 2 (exothermic reaction)
Formula (3): CO + 1 / 2O 2 → CO 2 (exothermic reaction)
According to the present embodiment, since the CO shift unit 5 is arranged upstream of the CO oxidation removal unit 37, it is executed in the order of Expression (2) → Expression (3).

次に通路系について説明する。図8に示すように、燃料通路62が設けられている。燃料通路62を流れる燃焼供給源61の燃料としては気体燃料でも、液体燃料でも、粉化燃料でも良い。具体的には、炭化水素系燃料、例えば都市ガス、LPG、灯油、メタノール、ジメチルエーテル、バイオガス、アルコール系燃料(例えばメタノール、エタノール等)が例示される。燃料通路62は、弁25a,ポンプ37aを介して改質部34の燃焼部30に繋がる燃焼用燃料通路62xと、熱交換部4の入口4iにポンプ37bおよび弁25bを介して繋がる改質用燃料通路62y(改質用燃料供給部)とをもつ。空気供給源71に繋がる空気通路72(酸素供給部)が設けられている。空気通路72は、ポンプ37cを介して改質部34の燃焼部30に繋がる燃焼用空気通路73と、ポンプ37dおよび弁25dを介してCO酸化除去部37の入口37iに繋がる酸化用空気通路75とをもつ。   Next, the passage system will be described. As shown in FIG. 8, a fuel passage 62 is provided. The fuel of the combustion supply source 61 flowing through the fuel passage 62 may be gaseous fuel, liquid fuel, or pulverized fuel. Specific examples include hydrocarbon fuels such as city gas, LPG, kerosene, methanol, dimethyl ether, biogas, and alcohol fuels (such as methanol and ethanol). The fuel passage 62 is connected to the combustion fuel passage 62x connected to the combustion section 30 of the reforming section 34 via the valve 25a and the pump 37a, and to reforming connected to the inlet 4i of the heat exchange section 4 via the pump 37b and the valve 25b. And a fuel passage 62y (reforming fuel supply unit). An air passage 72 (oxygen supply unit) connected to the air supply source 71 is provided. The air passage 72 is connected to the combustion air passage 73 connected to the combustion portion 30 of the reforming portion 34 via the pump 37c, and the oxidation air passage 75 connected to the inlet 37i of the CO oxidation removal portion 37 via the pump 37d and the valve 25d. And have.

図8に示すように、水タンク81と蒸発部36の入口36iとをポンプ27mおよび弁25mを介して繋ぐ改質水通路82が設けられている。CO酸化除去部37の出口37pと燃料電池1の燃料極11の入口11iとを弁25eを介して繋ぐアノードガス通路100が設けられている。燃料電池1の燃料極11の出口11pと燃焼部30とを弁25fを介して繋ぐオフガス通路110が設けられている。オフガス通路110は発電反応後のアノードオフガスを排出させる。オフガス通路110とアノードガス通路100とを弁25hを介して繋ぐバイパス通路150が設けられている。   As shown in FIG. 8, a reforming water passage 82 is provided that connects the water tank 81 and the inlet 36i of the evaporator 36 via a pump 27m and a valve 25m. An anode gas passage 100 that connects the outlet 37p of the CO oxidation removing unit 37 and the inlet 11i of the fuel electrode 11 of the fuel cell 1 via a valve 25e is provided. An off-gas passage 110 is provided that connects the outlet 11p of the fuel electrode 11 of the fuel cell 1 and the combustion unit 30 via a valve 25f. The off gas passage 110 discharges the anode off gas after the power generation reaction. A bypass passage 150 that connects the off gas passage 110 and the anode gas passage 100 via the valve 25h is provided.

図8に示すように、空気供給源71と燃料電池1の酸化剤極12の入口12iにポンプ37kおよび弁25kを介して連通するカソードガス通路200が設けられている。改質部34で燃焼された燃焼排ガスを外部に放出させる燃焼排ガス通路250が設けられている。蒸発部36の出口36pと改質用燃料通路62とを第1合流域M1を介して繋ぐ水蒸気通路300が設けられている。水蒸気通路300の上端部300eは出口36pに繋がる。水蒸気通路300の下端部300fは合流域M1に繋がる。   As shown in FIG. 8, a cathode gas passage 200 communicating with the air supply source 71 and the inlet 12i of the oxidant electrode 12 of the fuel cell 1 via a pump 37k and a valve 25k is provided. A combustion exhaust gas passage 250 for releasing the combustion exhaust gas combusted in the reforming unit 34 to the outside is provided. A water vapor passage 300 is provided that connects the outlet 36p of the evaporation section 36 and the reforming fuel passage 62 via the first merge region M1. The upper end portion 300e of the water vapor passage 300 is connected to the outlet 36p. The lower end portion 300f of the water vapor passage 300 is connected to the merge area M1.

図8に示すように、COシフト部5の出口5pとCO酸化除去部37の入口37iとは、浄化通路400で接続されている。COシフト部5の出口5pから吐出された改質ガス(水素および一酸化炭素を含有)は、浄化通路400を上向きに矢印W2方向に流れ、第2合流域M2を経てCO酸化除去部37の入口37iに供給される。   As shown in FIG. 8, the outlet 5 p of the CO shift unit 5 and the inlet 37 i of the CO oxidation removing unit 37 are connected by a purification passage 400. The reformed gas (containing hydrogen and carbon monoxide) discharged from the outlet 5p of the CO shift unit 5 flows upward in the direction of the arrow W2 through the purification passage 400, passes through the second merging zone M2, and flows through the CO oxidation removal unit 37. It is supplied to the inlet 37i.

次に改質装置2を起動させるときについて説明する。この場合、ポンプ37cにより燃焼用空気通路73を介して燃焼用空気を燃焼部30に供給する。また、弁25aおよびポンプ37aにより燃焼用燃料通路62xを介して燃焼用燃料を燃焼部30に供給する。これにより燃焼部30が着火されて加熱され、ひいては改質部34が改質反応に適するように加熱される。改質部34と共に蒸発部36も高温に加熱される。   Next, the case where the reformer 2 is started will be described. In this case, combustion air is supplied to the combustion unit 30 via the combustion air passage 73 by the pump 37c. Further, the combustion fuel is supplied to the combustion unit 30 through the combustion fuel passage 62x by the valve 25a and the pump 37a. As a result, the combustion section 30 is ignited and heated, and as a result, the reforming section 34 is heated so as to be suitable for the reforming reaction. The evaporating unit 36 is also heated to a high temperature together with the reforming unit 34.

その後、水タンク81および改質水通路82からポンプ27mおよび弁25mを介して、改質水(液相,原料水)が蒸発部36の入口36iに供給される。改質水は蒸発部36において水蒸気化される。生成された水蒸気は、蒸発部36の出口36pから水蒸気通路300を経て第1合流域M1に到達する。第1合流域M1は、水蒸気通路300を流れる水蒸気または凝縮水と、改質用燃料通路62yを流れる改質用燃料とが合流する領域である。これに対して、改質用燃料は弁25a,ポンプ37b,弁25bにより、改質用燃料通路62yおよび第1合流域M1を経て熱交換部4の入口4iに供給される。第1合流域M1において、改質用燃料通路62yの改質用燃料と水蒸気通路300の水(液相+気相)とが合流して混合される。合流した混合流体が熱交換部4の入口4iに供給される。混合流体は熱交換部4の低温側の第1通路4aを通過する。このとき熱交換部4の高温側の第2通路4cを流れる高温の改質ガスと熱交換する。このため、改質反応前の混合流体が加熱される。混合流体は改質部34の外通路34pに流入し、矢印A1方向に流れ、折返部34mを経て内通路34iに流入し、矢印A2方向に流れる。このとき水蒸気(または凝縮水)および改質用燃料が混合した混合流体は、上記した(1)に示す改質反応により、水素リッチな改質ガスとなる。この改質ガスは一酸化炭素を含む。   Thereafter, the reforming water (liquid phase, raw material water) is supplied from the water tank 81 and the reforming water passage 82 to the inlet 36i of the evaporation section 36 via the pump 27m and the valve 25m. The reformed water is steamed in the evaporation unit 36. The generated water vapor reaches the first merge region M1 through the water vapor passage 300 from the outlet 36p of the evaporation section 36. The first merge region M1 is a region where the steam or condensed water flowing through the steam passage 300 and the reforming fuel flowing through the reforming fuel passage 62y merge. On the other hand, the reforming fuel is supplied to the inlet 4i of the heat exchanging section 4 through the reforming fuel passage 62y and the first junction region M1 by the valve 25a, the pump 37b, and the valve 25b. In the first merge region M1, the reforming fuel in the reforming fuel passage 62y and the water (liquid phase + gas phase) in the steam passage 300 are merged and mixed. The merged mixed fluid is supplied to the inlet 4 i of the heat exchange unit 4. The mixed fluid passes through the first passage 4 a on the low temperature side of the heat exchange unit 4. At this time, heat exchange is performed with the high-temperature reformed gas flowing through the second passage 4c on the high temperature side of the heat exchange unit 4. For this reason, the mixed fluid before the reforming reaction is heated. The mixed fluid flows into the outer passage 34p of the reforming portion 34, flows in the direction of arrow A1, flows into the inner passage 34i through the turn-up portion 34m, and flows in the direction of arrow A2. At this time, the mixed fluid in which the steam (or condensed water) and the reforming fuel are mixed becomes a hydrogen-rich reformed gas by the reforming reaction shown in (1). This reformed gas contains carbon monoxide.

更に、改質反応を経た高温の改質ガスは、改質部34から熱交換部4の高温側の第2通路4cを通過することにより、低温側の第1通路4aの混合流体(液相+気相)を加熱する。すなわち熱交換が行われる。更に、熱交換部4で冷却された改質ガスは、暖機部47を経て、COシフト部5の入口5iからCOシフト部5の内部に流入する。COシフト部5においては、上記した式(2)に示すように、水蒸気を利用したシフト反応が行われる。これにより改質ガスに含まれている一酸化炭素が低減されて、改質ガスは浄化される。   Further, the high-temperature reformed gas that has undergone the reforming reaction passes through the second passage 4c on the high temperature side of the heat exchanging section 4 from the reforming section 34, whereby the mixed fluid (liquid phase) in the first passage 4a on the low temperature side. + Gas phase) is heated. That is, heat exchange is performed. Further, the reformed gas cooled by the heat exchange unit 4 flows into the CO shift unit 5 from the inlet 5 i of the CO shift unit 5 through the warm-up unit 47. In the CO shift unit 5, a shift reaction using water vapor is performed as shown in the above formula (2). As a result, the carbon monoxide contained in the reformed gas is reduced and the reformed gas is purified.

更に、COシフト部5において浄化された改質ガスは、COシフト部5の出口5pから浄化通路400を経て矢印W2方向に流れ、第2合流域M2に至る。更に改質ガスは、酸化用空気通路75(酸素供給部)の酸化用空気(酸素成分,CO酸化除去部37における選択反応に使用される選択酸化用空気)と第2合流域M2において合流する。第2合流域M2は、浄化通路400を流れる改質ガスと、酸化用空気通路75を流れる酸化用空気とが合流する領域である。そして、合流した改質ガスは、入口37iからCO酸化除去部37に流入する。CO酸化除去部37においては、上記した式(3)に示すように、酸素を利用した酸化反応(CO+1/2O→CO)が行われる。この結果、改質ガスに含まれているCOが浄化されて更に低減される。酸化反応は発熱を伴う。 Further, the reformed gas purified in the CO shift unit 5 flows from the outlet 5p of the CO shift unit 5 through the purification passage 400 in the direction of the arrow W2 and reaches the second merge region M2. Further, the reformed gas merges with the oxidizing air (oxygen component, selective oxidizing air used for the selective reaction in the CO oxidation removing unit 37) in the oxidizing air passage 75 (oxygen supply unit) in the second merge region M2. . The second merge region M2 is a region where the reformed gas flowing through the purification passage 400 and the oxidation air flowing through the oxidation air passage 75 merge. The merged reformed gas flows into the CO oxidation removing unit 37 from the inlet 37i. In the CO oxidation removing unit 37, an oxidation reaction (CO + 1 / 2O 2 → CO 2 ) using oxygen is performed as shown in the above formula (3). As a result, CO contained in the reformed gas is purified and further reduced. The oxidation reaction is exothermic.

このように浄化された改質ガスは、CO酸化除去部37の出口37pからアノードガスとして、アノードガス通路100,弁25eを経て燃料電池1の燃料極11の入口11iに供給される。カソードガスとして機能する空気は、ポンプ37k,弁25kによりカソ−ドガス通路200を経て燃料電池1の酸化剤極12の入口12iに供給される。これにより燃料電池1において発電反応が発生し、電気エネルギが生成される。アノードガスの発電反応後のオフガスは、発電反応が行われなかった水素を含むことがある。このためオフガスはオフガス通路110を経て改質部34の燃焼部30に供給されて燃焼され、燃焼部30の熱源となる。   The reformed gas thus purified is supplied as an anode gas from the outlet 37p of the CO oxidation removing section 37 to the inlet 11i of the fuel electrode 11 of the fuel cell 1 through the anode gas passage 100 and the valve 25e. The air functioning as the cathode gas is supplied to the inlet 12i of the oxidant electrode 12 of the fuel cell 1 through the cathode gas passage 200 by the pump 37k and the valve 25k. As a result, a power generation reaction occurs in the fuel cell 1 and electric energy is generated. The off-gas after the power generation reaction of the anode gas may include hydrogen that has not undergone the power generation reaction. For this reason, the off gas is supplied to the combustion unit 30 of the reforming unit 34 through the off gas passage 110 and burned, and becomes a heat source of the combustion unit 30.

なお、改質装置2の起動開始時では、改質ガスの組成の安定性が必ずしも充分でないときがある。このため、起動開始時では、弁25e,弁25fが閉鎖されている。この状態で、CO酸化除去部37から吐出される改質ガスは、弁25hを通過しバイパス通路150およびオフガス通路110を介して燃焼部30に送られ、燃焼部30の熱源となる。改質装置2の起動開始から時間が経過すると、改質ガスの組成が安定する。この場合、弁25hが閉鎖され、弁25e,弁25hが開放される。このため、CO酸化除去部37から吐出される改質ガスは、アノードガスとして、アノードガス通路100,弁25eを経て燃料電池1の燃料極11の入口11iに供給され、発電反応に使用される。   In addition, at the time of starting the reforming apparatus 2, the stability of the reformed gas composition may not always be sufficient. For this reason, the valve 25e and the valve 25f are closed at the start of activation. In this state, the reformed gas discharged from the CO oxidation removing unit 37 passes through the valve 25 h and is sent to the combustion unit 30 through the bypass passage 150 and the off-gas passage 110 and serves as a heat source for the combustion unit 30. As time elapses from the start of the reforming device 2, the composition of the reformed gas becomes stable. In this case, the valve 25h is closed and the valves 25e and 25h are opened. For this reason, the reformed gas discharged from the CO oxidation removing unit 37 is supplied as an anode gas to the inlet 11i of the fuel electrode 11 of the fuel cell 1 through the anode gas passage 100 and the valve 25e, and used for the power generation reaction. .

図8に示すように、COシフト部5のうち上流側(通路5iの入口側)の温度T2を検知する温度センサ55が設けられている。CO酸化除去部37のうち上流側の温度T3を検知する温度センサ38が設けられている。更に、改質部34の内側部34の出口側の温度T4を検知する改質部温度センサ31tが設けられている。水蒸気と改質用燃料とが合流する第1合流域M1の温度T1を検知する温度センサ65が設けられている。   As shown in FIG. 8, a temperature sensor 55 that detects a temperature T2 on the upstream side (inlet side of the passage 5i) of the CO shift unit 5 is provided. A temperature sensor 38 that detects the temperature T3 on the upstream side of the CO oxidation removing unit 37 is provided. Further, a reforming section temperature sensor 31t that detects a temperature T4 on the outlet side of the inner section 34 of the reforming section 34 is provided. A temperature sensor 65 is provided for detecting the temperature T1 of the first merge region M1 where the steam and the reforming fuel merge.

本実施例においても、負荷変動などで改質装置2の運転条件が変化するときであっても、あるいは、定常運転において外乱が発生するようなときであっても、改質ガスの有害成分を低減させるCOシフト部5の温度T2を安定化させるのに有利となる。COシフト部5の温度T2が安定化すれば、CO酸化除去部37の温度T3を安定化させるのにも有利である。   Even in this embodiment, even when the operating conditions of the reformer 2 change due to load fluctuations or when disturbances occur in steady operation, harmful components of the reformed gas are removed. This is advantageous for stabilizing the temperature T2 of the CO shift section 5 to be reduced. If the temperature T2 of the CO shift unit 5 is stabilized, it is advantageous to stabilize the temperature T3 of the CO oxidation removing unit 37.

(その他)
本発明は上記した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更可能である。有害成分浄化部5Aは、一酸化炭素と水蒸気とのシフト反応により一酸化炭素を酸化させて二酸化炭素に変化させるCOシフト部5と、一酸化炭素を酸素と反応させて二酸化炭素に変化させるCO酸化除去部37とを備えている。これに限らず、COシフト部5およびCO酸化除去部37のうちのいずれか一方のみを有するタイプでも良い。
(Other)
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified as appropriate without departing from the scope of the invention. The harmful component purification unit 5A includes a CO shift unit 5 that oxidizes carbon monoxide by a shift reaction between carbon monoxide and water vapor to change it to carbon dioxide, and a CO that reacts carbon monoxide with oxygen to change it to carbon dioxide. An oxidation removal unit 37 is provided. Not only this but the type which has only any one of the CO shift part 5 and the CO oxidation removal part 37 may be sufficient.

図8に示す実施例では、蒸発部36およびCO酸化除去部37は改質部34と一体化されているが、これに限らず、改質部34から距離的に分離されていても良く、更に、COシフト部5は改質部34から距離的に分離されていても良い。図8に示す実施例では、改質部34の下方に熱交換部4およびCOシフト部5が設けられているが、改質部34の上方に熱交換部4およびCOシフト部5が設けられていても良い。   In the embodiment shown in FIG. 8, the evaporation unit 36 and the CO oxidation removal unit 37 are integrated with the reforming unit 34, but not limited to this, may be separated from the reforming unit 34 in terms of distance, Further, the CO shift unit 5 may be separated from the reforming unit 34 in terms of distance. In the embodiment shown in FIG. 8, the heat exchange unit 4 and the CO shift unit 5 are provided below the reforming unit 34, but the heat exchange unit 4 and the CO shift unit 5 are provided above the reforming unit 34. May be.

本発明は燃料電池システム等に使用される改質装置に利用することができる。   The present invention can be used for a reformer used in a fuel cell system or the like.

実施例1に係り、改質装置の基本構成を示すシステム図である。1 is a system diagram illustrating a basic configuration of a reformer according to Embodiment 1. FIG. 実施例1に係り、温度T1,T2、改質水の流量についての時間変化を示すグラフ。The graph which shows the time change regarding Example 1, temperature T1, T2, and the flow volume of reforming water. 実施例2に係り、制御部が実行するフローチャートである。10 is a flowchart executed by a control unit according to the second embodiment. 実施例4に係り、改質装置の基本構成を示すシステム図である。FIG. 6 is a system diagram illustrating a basic configuration of a reformer according to a fourth embodiment. 実施例5に係り、改質装置の基本構成を示すシステム図である。FIG. 10 is a system diagram illustrating a basic configuration of a reformer according to a fifth embodiment. 実施例6に係り、改質装置の基本構成を示すシステム図である。FIG. 10 is a system diagram illustrating a basic configuration of a reformer according to a sixth embodiment. 実施例7に係り、改質装置の基本構成を示すシステム図である。FIG. 10 is a system diagram illustrating a basic configuration of a reformer according to a seventh embodiment. 実施例8に係り、改質装置の基本構成を示すシステム図である。FIG. 10 is a system diagram illustrating a basic configuration of a reformer according to an eighth embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1は燃料電池、2は改質装置、30は燃焼部、27mはポンプ(原料水供給部)、300は水蒸気通路(水通路)、34は改質部、36は蒸発部(気液混合流体発生部)、37はCO酸化除去部、4は熱交換部、4aは第1通路、4cは第2通路、5Aは有害成分浄化部、5はCOシフト部、81は水タンク、82は改質水通路(改質水供給部)500は制御部、55は温度センサ、65は温度センサ(検知部)、330は加熱要素を示す。   1 is a fuel cell, 2 is a reformer, 30 is a combustion section, 27m is a pump (raw water supply section), 300 is a steam passage (water passage), 34 is a reforming section, and 36 is an evaporation section (gas-liquid mixed fluid) Generating section), 37 is a CO oxidation removing section, 4 is a heat exchange section, 4a is a first passage, 4c is a second passage, 5A is a harmful component purification section, 5 is a CO shift section, 81 is a water tank, and 82 is a modified tank. A quality water passage (reformed water supply unit) 500 is a control unit, 55 is a temperature sensor, 65 is a temperature sensor (detection unit), and 330 is a heating element.

Claims (7)

燃料原料から改質反応により改質ガスを生成する改質部と、
前記改質部で生成された前記改質ガスの有害成分を低減させる有害成分浄化部と、
互いに熱交換可能な第1通路と第2通路とをもち、前記第1通路を流れる水と、前記第2通路を流れて前記改質部から前記有害成分浄化部に向かう前記改質ガスとを熱交換させることにより、前記改質ガスを冷却して前記有害成分浄化部に供給する熱交換部と、
前記熱交換部の前記第1通路に水通路を介して水を供給する給水部と、
前記熱交換部の前記第1通路に流入する前の水の状態に関する物理量を直接的または間接的に検知し、検知された物理量に応じて、前記熱交換部の前記第1通路の冷却能および/または前記有害成分浄化部の温度を制御する制御部とを具備することを特徴とする改質装置。
A reforming section for generating reformed gas from a fuel raw material by a reforming reaction;
A harmful component purification unit for reducing harmful components of the reformed gas generated in the reforming unit;
Water having a first passage and a second passage that can exchange heat with each other, water flowing through the first passage, and the reformed gas that flows through the second passage and travels from the reforming section to the harmful component purification section. A heat exchange part that cools the reformed gas and supplies the harmful gas purification part by heat exchange;
A water supply unit for supplying water to the first passage of the heat exchange unit through a water passage;
A physical quantity relating to a state of water before flowing into the first passage of the heat exchange section is detected directly or indirectly, and according to the detected physical quantity, the cooling capacity of the first passage of the heat exchange section and And / or a control unit that controls the temperature of the harmful component purification unit.
請求項1において、前記制御部は、前記熱交換部の前記第1通路に流入する前の水の状態を制御することにより、前記第1通路の冷却能および/または前記有害成分浄化部の温度を制御することを特徴とする改質装置。   In Claim 1, the said control part controls the cooling capacity of the said 1st channel | path, and / or the temperature of the said harmful | toxic component purification | cleaning part by controlling the state of the water before flowing into the said 1st channel | path of the said heat exchange part. The reformer characterized by controlling. 請求項1または2において、前記制御部は、前記第1通路に流入する前の水の状態を直接的または間接的に検知する検知部をもつことを特徴とする改質装置。   3. The reformer according to claim 1, wherein the control unit includes a detection unit that directly or indirectly detects a state of water before flowing into the first passage. 請求項1〜3のうちの一項において、前記制御部は、前記熱交換部の前記第1通路に流入する前の水の状態に関する物理量について降温微分値を求め、前記降温微分値に基づいて、前記熱交換部の前記第1通路の冷却能および/または前記有害成分浄化部の温度を制御することを特徴とする改質装置。   In one of Claims 1-3, the said control part calculates | requires a temperature fall differential value about the physical quantity regarding the state of the water before flowing in into the said 1st channel | path of the said heat exchange part, Based on the said temperature fall differential value The reformer is characterized by controlling the cooling capacity of the first passage of the heat exchange unit and / or the temperature of the harmful component purification unit. 請求項1〜4のうちの一項において、前記給水部は、原料水を加熱して液相の水および気相の水を含む気液混合流体を発生させると共に前記水通路に繋がる気液混合流体発生部と、前記原料水を前記気液混合流体発生部に供給する原料水供給部とを備えており、
前記熱交換部の前記第1通路で熱交換により暖められ前記第1通路から流出した水は、前記改質部に前記改質反応を実行するために供給されることを特徴とする改質装置。
5. The gas-liquid mixing according to claim 1, wherein the water supply unit heats the raw water to generate a gas-liquid mixed fluid containing liquid-phase water and gas-phase water and leads to the water passage. A fluid generation unit, and a raw water supply unit for supplying the raw water to the gas-liquid mixed fluid generation unit,
The water that is heated by heat exchange in the first passage of the heat exchange section and flows out of the first passage is supplied to the reforming section to perform the reforming reaction. .
請求項5のうち一項において、前記熱交換部の前記第1通路の冷却能が所定値よりも過剰であるとき、前記制御部は、前記気液混合流体発生部に供給する原料水の単位時間あたりの流量を低減させることを特徴とする改質装置。   The unit of raw water supplied to the gas-liquid mixed fluid generating unit when the cooling capacity of the first passage of the heat exchanging unit is excessive than a predetermined value according to claim 5. A reformer characterized by reducing the flow rate per hour. 請求項1〜6のうち一項において、前記水通路には加熱要素が設けられており、前記熱交換部の前記第1通路の冷却能が所定値よりも過剰であるとき、前記制御部は、前記加熱要素の作動させる操作または前記加熱要素の発熱量を増加させる操作を行うことを特徴とする改質装置。   In one of Claims 1-6, when the heating element is provided in the water passage, and the cooling capacity of the first passage of the heat exchanging portion is more than a predetermined value, the control portion is A reforming apparatus that performs an operation of operating the heating element or an operation of increasing a heat generation amount of the heating element.
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