JP4402867B2 - 改質装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液化石油ガスを原燃料として水素を主成分とする改質ガスを生成させる燃料電池用の改質装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、液化石油ガスを原燃料として水蒸気改質反応により改質して水素を主成分とする改質ガスを生成させる改質装置が知られているが、現在、この改質ガスの有望な利用用途の一つとして、燃料電池用の発電燃料を挙げることができる。この改質装置は、改質触媒が充填された改質反応部と、一酸化炭素変成触媒が充填されたシフト反応部と、一酸化炭素酸化触媒が充填された一酸化炭素酸化部とを具備して形成されるもので、前記改質触媒をバーナーで加熱しながら原燃料と水蒸気とを改質部に通すことにより水蒸気改質反応を進行せしめ、水素を主成分とする改質ガスを得るというものである。
【０００３】
一方、この改質ガス中に一酸化炭素が含まれていると、これにより、燃料電池が被毒して電極触媒性能が低下するので、まず、生成直後の改質ガスをシフト反応部に通し、一酸化炭素変成触媒によって、改質ガス中の一酸化炭素含有量をシフト反応により低減せしめた後、さらに、これを一酸化炭素酸化部に通し、一酸化炭素酸化触媒によって系内に残留する一酸化炭素を酸化、除去して改質ガス中の一酸化炭素含有量を燃料電池の被毒を回避できる程度まで低減できるようにしている。
【０００４】
ところで、かかる水蒸気改質反応における原燃料供給量および水蒸気供給量の適正範囲は、原燃料の組成に応じて規定することができる。即ち、これらが適正範囲外になると、燃料電池に供給される改質ガス中の水素量が不足する、あるいは一酸化炭素濃度が上昇する等の不具合の発生により、燃料電池の発電出力が低下したり、燃料電池を損傷したりするおそれがあるので、例えば、特開平６−２６０２０３号公報等に見られるように、改質装置の運転前に原燃料の組成を測定し、測定した組成に応じて改質装置の運転条件を定めるという方法が採用されていた。
【０００５】
しかし、原燃料として液化石油ガスを用いる場合、液化石油ガスはプロパン、ブタン等の蒸気圧の異なる混合成分よりなるため、原燃料の消費に伴い、容器内の原燃料残液中の組成が順次、変動することにより、改質装置に供給される原燃料の組成も変動し、改質装置を常に最適な条件で運転することが難しいという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事由に鑑み、なされたもので、本発明の目的は、液化石油ガスの組成が運転中に変動した場合でも、最適な条件で運転を行うことを可能とする改質装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の改質装置の発明にあっては、少なくとも、液化石油ガスを貯蔵する液化石油ガス貯蔵タンクと、前記液化石油ガス貯蔵タンクから出された液化石油ガスの圧力調整を行なう圧力調整器と、前記圧力調整器により圧力調整された液化石油ガスを水蒸気を用いて水蒸気改質して改質ガスを生成する改質触媒を有する改質反応部と、前記圧力調整器により圧力調整された液化石油ガスの一部を燃焼させることにより、前記改質反応部における反応を加熱により促進せしめる燃焼部と、を備えた燃料電池用の改質装置において、前記改質反応部に供給される液化石油ガスの組成を連続的に測定する組成測定手段と、前記組成測定手段で測定した組成に応じて前記改質反応部に供給される液化石油ガスの量と水蒸気の量とを連続的に制御する流量制御手段を備え、前記組成測定手段が、前記液化石油ガス貯蔵タンクから出され、前記圧力調整器により圧力調整される前の液化石油ガスの圧力および温度を測定することにより前記改質反応部に供給される液化石油ガスの組成を求める手段であることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２記載の改質装置の発明にあっては、少なくとも、液化石油ガスを貯蔵する液化石油ガス貯蔵タンクと、前記液化石油ガス貯蔵タンクから出された液化石油ガスの圧力調整を行なう圧力調整器と、前記圧力調整器により圧力調整された液化石油ガスを水蒸気を用いて水蒸気改質して改質ガスを生成する改質触媒を有する改質反応部と、前記圧力調整器により圧力調整された液化石油ガスの一部を燃焼させることにより、前記改質反応部における反応を加熱により促進せしめる燃焼部と、を備えた燃料電池用の改質装置において、前記改質反応部に供給される液化石油ガスの組成を連続的に測定する組成測定手段と、前記組成測定手段で測定した組成に応じて前記改質反応部に供給される液化石油ガスの量と水蒸気の量とを連続的に制御する流量制御手段と、前記燃焼部に供給される液化石油ガスの流量を均一化する流量均一化手段とを備え、前記組成測定手段が、前記燃焼部の燃焼ガス温度を測定することにより前記改質反応部に供給される液化石油ガスの組成を求める手段であることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３記載の改質装置の発明にあっては、少なくとも、液化石油ガスを貯蔵する液化石油ガス貯蔵タンクと、前記液化石油ガス貯蔵タンクから出された液化石油ガスの圧力調整を行なう圧力調整器と、前記圧力調整器により圧力調整された液化石油ガスを水蒸気を用いて水蒸気改質して改質ガスを生成する改質触媒を有する改質反応部と、前記圧力調整器により圧力調整された液化石油ガスの一部を燃焼させることにより、前記改質反応部における反応を加熱により促進せしめる燃焼部と、を備えた燃料電池用の改質装置において、前記改質反応部に供給される液化石油ガスの組成を連続的に測定する組成測定手段と、前記組成測定手段で測定した組成に応じて前記改質反応部に供給される液化石油ガスの量と水蒸気の量とを連続的に制御する流量制御手段と、前記燃焼部に供給される液化石油ガスの流量を均一化する流量均一化手段とを備え、前記組成測定手段が、前記燃焼部の燃焼排気ガス中の酸素または二酸化炭素濃度を測定することにより前記改質反応部に供給される液化石油ガスの組成を求める手段であることを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
【００１３】
[第１の実施形態]
図１は本発明の第１の実施形態における改質装置の概略を示す図、図２は貯蔵タンク１０から取り出され、圧力調整される前の液化石油ガスの組成と液化石油ガスの圧力および温度の関係の一例を示す特性図である。
【００１４】
即ち、本実施形態の改質装置は、図１に示すように、原燃料の液化石油ガスを水蒸気を用いて水蒸気改質して水素を主成分とする改質ガスを生成する改質触媒を有する改質反応部１、改質反応部１にて生成した改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減するシフト反応部２、シフト反応部２にて一酸化炭素濃度が低減された改質ガス中に未だ残留する一酸化炭素ガスを一酸化炭素酸化反応により酸化、除去する一酸化炭素酸化部３、及び、これら各反応部、特に、改質反応部１を加熱してその反応を促進せしめる燃焼部４を備えている。
【００１５】
また、改質反応部１に供給される液化石油ガスの圧力調整を行う圧力調整器５、改質反応部１に供給される原燃料である液化石油ガスの流量を調節する原燃料液化ガス流量調節弁６、改質反応部１に供給される水蒸気の流量を調節する水蒸気流量調節弁７、燃焼部４に供給される燃焼用液化石油ガスの流量を調節する燃焼用液化石油ガス流量調節弁８、燃焼部４に供給される燃焼用空気１６の流量を調節する燃焼用空気流量調節弁９とを設け、さらに、液化石油ガス貯蔵タンク１０から取り出され、圧力調整器５で圧力調整される前の液化石油ガスの組成を測定する組成測定手段１１ａと、該組成測定手段１１ａによって得られた液化石油ガスの組成に関する情報に基づいて、原燃料液化ガス流量調節弁６、水蒸気流量調節弁７の開閉レベルを制御する流量制御手段１２を備えたものである。
【００１６】
即ち、本実施形態の改質器においては、組成測定手段１１ａは、液化石油ガス貯蔵タンク１０から取り出され、圧力調整器５で圧力調整される前の液化石油ガスの圧力および温度を測定する手段を有する一方、さらに、これらの圧力および温度の測定値を基礎として液化石油ガスの組成を算出し得るというものである。
例えば、改質器の原燃料として使用される液化石油ガスが、プロパンとｎ−ブタンの２成分のみからなると仮定できる場合には、その系内の温度（Ｔ）、圧力（ＰGT）を測定し、これらを基礎として、比較的簡便にその系内の両成分の割合を算出することができる。即ち、Ｔ＝Ｔ１、ＰGT＝ＰGT1のとき、プロパンのモル分率をｘしたとき、ｎ−ブタンのモル分率は、１−ｘであり、Ｔ＝Ｔ１のときのプロパンの飽和蒸気圧をＰGT1（プロパン）、ｎ−ブタンの飽和蒸気圧をＰGT1（ｎ−ブタン）としたとき、ＰGT1（プロパン）ｘ+ＰGT1（ｎ−ブタン）（１−ｘ）＝ＰGT1であり、ＰGT1（プロパン）、ＰGT1（ｎ−ブタン）は、別途、例えば、Ａｎｔｏｉｎｅ式（例えば、「化学工学便覧、改訂第５版」、第１８頁〜第２７頁 または、「電子計算機による蒸気圧データ」大江修造、データブック出版社に記載されている。）等から求められるからである。
【００１７】
図２の特性図は、かかる手法により算出された、プロパンとｎ−ブタンのみからなる液化石油ガス中の各温度における両成分の存在比とこの液化石油ガスの圧力の関係を示すものである。即ち、この特性図を基礎とすれば、液化石油ガスの貯蔵タンク１０から取り出された圧力調整される前の液化石油ガスの圧力および温度を測定するのみで、液化石油ガスの組成（成分比）が特定でき、さらには、この液化石油ガスの組成に関する情報に基づいて、液化石油ガスの組成に応じて改質反応部１に供給される液化石油ガスと水蒸気の量に関する最適条件を特定することが可能となるというものである。
【００１８】
この結果、液化石油ガスの貯蔵タンク１０から取り出され、圧力調整器５で圧力調整される前の液化石油ガスの圧力および温度を前記組成測定手段１１ａにおいて、連続的に測定し、これを基礎として算出される液化石油ガスの成分組成に対応して、流量制御手段１２において、改質反応部１に供給される液化石油ガスと水蒸気の量を連続的に制御することにより、改質反応部１に供給される液化石油ガスの成分組成が運転中に変動した場合においても、原燃料液化石油ガスと水蒸気の量が流量調節弁６、７によって適正に調節され、改質装置を常に最適な条件で運転を行うことが可能となる。
【００１９】
なお、流量制御手段１２は、例えば、組成測定手段１１ａからの上記液化石油ガスの成分組成に対応した出力信号を受け、上記流量調節弁６、７の開閉レベルを制御する信号を出力するように構成できる。制御方法は、特に制限されないが、ＰＩＤ制御、ファジィ制御、ニューラルネットワーク等公知の技術を利用できる。
【００２０】
[第２の実施形態]
図３は本発明の第２の実施形態における改質装置の概略を示す図、図４は本発明の第２の実施形態における液化石油ガス中のプロパンの割合と燃焼ガス温度の関係を示す特性図である。
【００２１】
即ち、本実施形態の改質装置は、図３に示すように、燃焼部４に組成測定手段１１ｂを有するものであり、この組成測定手段１１ｂは、燃焼部４の燃焼ガス温度を測定することにより、液化石油ガスの組成の概略値を算出し得るというものである。
【００２２】
図３において、燃焼用液化石油ガス流量調節弁８の開閉レベルを一定にした場合、液化石油ガスの組成が変動すると、燃焼部４に供給される液化石油ガスは、その流量においても変化し、その結果、燃焼部４の燃焼ガス温度は、かかる液化石油ガスの組成および流量の変化に対応して変化することとなる。図４の特性図は、プロパンとｎ−ブタンのみからなる液化石油ガスにおいて、燃焼用液化石油ガス流量調節弁８および燃焼用空気流量調節弁９の開閉レベルを一定にした場合の、両成分の組成の変化に対応した燃焼部４の燃焼ガス温度の相関関係の一例を示すものである。かかる特性図に示される液化石油ガスの組成と燃焼ガス温度の相関関係は、例えば、実際に燃焼部４において所定の組成を有する液化石油ガスを燃焼せしめてその燃焼ガス温度を実測する方法、或いは、理論火炎温度（断熱火炎温度）（例えば、「ガス燃焼の理論と実際〔吉田邦夫監修〕」仲町一郎、庄司不二雄共著、（財）省エネルギーセンター発行 [１９９２年１０月１３日 第１版第１刷発行]、第１７頁〜第２１頁等に記載されている。）を液化石油ガスを構成する各成分ガスについて算出し、これを基礎として混合ガスについて各成分ガスの分圧に応じた比例配分でその混合ガスについての燃焼ガス温度を導出する方法等により求めることができる。
【００２３】
図４の特性図は、実測により算出された液化石油ガスの組成と燃焼ガス温度の相関関係を示すものである。即ち、このような相関関係を利用すれば、液化石油ガス中の成分比からその液化石油ガスの燃焼ガス温度の概略を算出し得る一方、逆に、液化石油ガスの燃焼ガス温度を測定することにより、液化石油ガス中の成分比の概略を算出し得ることとなる。具体的には、燃焼用液化石油ガス流量調節弁８および燃焼用空気流量調節弁９の開閉レベルを一定にしておき、組成測定手段１１ｂにおいて、燃焼部４の燃焼ガス温度を測定するのみで、液化石油ガスの組成の概略値を算出でき、これを基礎として、改質反応部１に供給される液化石油ガスと水蒸気の割合を原燃料液化石油ガスおよび水蒸気の流量制御手段１２において最適化できるというものである。
【００２４】
また、燃焼部４に供給される液化石油ガスの流量を均一化するためのオリフィス等の流量均一化手段１３を設けることにより、液化石油ガスの組成がより正確に把握することが可能となる。さらには、燃焼部４に供給される液化石油ガスの圧力を測定する圧力測定手段１４を設け、液化石油ガスの流量をこの圧力測定値により補正することにより、燃焼部に供給される液化石油ガスの流量をより正確に把握することも可能となる。
【００２５】
即ち、以上のような構成を採用することにより、燃焼部の燃焼ガス温度を連続的に測定して、この燃焼ガス温度から液化石油ガスの組成を求めることができ、この組成に応じて改質反応部１に供給される液化石油ガスと水蒸気の量を連続的に最適値に制御するようにしたので、液化石油ガスの組成が運転中に変動した場合でも、原燃料液化石油ガスと水蒸気の量が流量調節弁６、７によって適正に調節され、改質装置を最適な条件で運転を行うことができることとなる。
【００２６】
なお、流量制御手段１２は、例えば、組成測定手段１１ｂからの上記液化石油ガスの成分組成に対応した出力信号を受け、上記流量調節弁６、７の開閉レベルを制御する信号を出力するように構成できる。制御方法は、特に制限されないが、ＰＩＤ制御、ファジィ制御、ニューラルネットワーク等公知の技術を利用できる。
【００２７】
一方、本実施形態の改質装置では、燃焼部４の燃焼ガス温度を測定する構成としたが、別途、液化石油ガスの組成を測定するための専用燃焼部（図示せず）を設け、この専用燃焼部の燃焼ガス温度を測定する実施形態も当然に可能であり、上記課題解決に寄与する限りにおいて何ら制約のないことはいうまでもない。また、この場合において、かかる液化石油ガスの組成を測定するための燃焼部を、改質反応部１の改質触媒を加熱するよう配置することにより、より高効率の改質装置を提供できることとなる。
【００２８】
さらに、本実施形態の改質装置では、液化石油ガスの組成を求めるために、燃焼部４の燃焼ガス温度を測定する構成としたが、算出する液化石油ガスの組成の精度を、さらに向上するために、第１の実施形態で示した液化石油ガスの圧力および温度を測定し、これらの圧力および温度の測定値を基礎として液化石油ガスの組成を算出し得る組成測定手段１１ａを併用する実施形態も当然に可能である。
【００２９】
[第３の実施形態]
図５は本発明の第３の実施形態における改質装置の概略を示す図、図６は本発明の第３の実施形態における液化石油ガス中のプロパンの割合と燃焼排気ガス中の酸素濃度の関係を示す特性図、図７は本発明の第３の実施形態における液化石油ガス中のプロパンの割合と燃焼排気ガス中の二酸化炭素濃度の関係を示す特性図である。
【００３０】
即ち、本実施形態の改質装置は、図５に示すように、燃焼部４に組成測定手段１１ｃを有するものであり、この組成測定手段１１ｃは、燃焼部４の燃焼排気ガス中の残留酸素または二酸化炭素濃度を測定することにより、液化石油ガスの組成の概略値を算出し得るというものである。図５において、燃焼用液化石油ガス流量調節弁８の開閉レベルを一定にした場合、液化石油ガスの組成が変動すると、燃焼部４に供給される液化石油ガスは、その流量においても変化し、その結果、燃焼部４の燃焼排気ガス中の残留酸素または二酸化炭素濃度は、かかる液化石油ガスの組成および流量の変化に対応して変化することとなる。
【００３１】
図６の特性図は、プロパンとｎ−ブタンのみからなる液化石油ガスにおいて、燃焼用液化石油ガス流量調節弁８および燃焼用空気流量調節弁９の開閉レベルを一定にした場合の、両成分の組成の変化に対応した燃焼部４の燃焼排気ガス中の残留酸素濃度の推移の一例を示すものである。これは、液化石油ガスを構成する各成分の燃焼に係る化学反応式から化学量論的に求めることができるものである。即ち、このような液化石油ガスの組成と燃焼排気ガス中の残留酸素濃度の相関関係を利用することにより、液化石油ガス中の成分比からその液化石油ガスの燃焼排気ガス中の残留酸素濃度の概略を算出し得る一方、逆に、液化石油ガスの燃焼排気ガス中の残留酸素濃度を測定することにより、液化石油ガス中の成分比の概略を算出し得ることとなる。
【００３２】
具体的には、燃焼用液化石油ガス流量調節弁８および燃焼用空気流量調節弁９の開閉レベルを一定にしておき、組成測定手段１１ｃにおいて、燃焼部４の燃焼排気ガス中の残留酸素濃度を測定するのみで、液化石油ガスの組成の概略値を算出でき、これを基礎として、改質反応部１に供給される液化石油ガスと水蒸気の割合を原燃料液化石油ガスおよび水蒸気の流量制御手段１２において最適化できるというものである。
【００３３】
一方、図７の特性図は、プロパンとｎ−ブタンのみからなる液化石油ガスにおいて、燃焼用液化石油ガス流量調節弁８および燃焼用空気流量調節弁９の開閉レベルを一定にした場合の、両成分の組成の変化に対応した燃焼部４の燃焼排気ガス中の二酸化炭素濃度の推移の一例を示すものであり、上記図６に示した燃焼部４の燃焼排気ガス中の残留酸素濃度の場合と同様に、液化石油ガスを構成する各成分の燃焼に係る化学反応式から化学量論的に求めることができる。したがって、この場合、上記図６に示した燃焼部４の燃焼排気ガス中の残留酸素濃度の場合と同様に、液化石油ガスの燃焼排気ガス中の二酸化炭素濃度を測定することにより、液化石油ガス中の成分比の概略を算出し得ることとなる。
【００３４】
具体的には、上記流量調節弁８、９の開閉レベルを一定にしておき、組成測定手段１１ｃにおいて、燃焼部４の燃焼排気ガス中の二酸化炭素濃度を測定するのみで、液化石油ガスの組成の概略値を算出でき、これを基礎として、改質反応部１に供給される液化石油ガスと水蒸気の割合を原燃料液化石油ガスおよび水蒸気の流量制御手段１２において最適化できるというものである。
【００３５】
なお、上記図６、図７は、表１に示す燃焼条件に基づいて算出したものである。即ち、燃焼用液化石油ガス流量調節弁８に純プロパンを流したとき、０℃換算で、１.０リットル/分（１.０ＮＬＰＭ）となるようにその開閉レベルを設定する一方、燃焼用空気流量調節弁９の開閉レベルを空気過剰率（空気比）λが１.５となるように固定する。（プロパンの燃焼の化学反応式が、Ｃ3Ｈ8+５Ｏ2→３ＣＯ2+４Ｈ2Ｏなので、具体的には、プロパン１モルに対して、酸素７.５モル[λ＝１.５]の流量となり、体積換算では、プロパン１.０体積部に対して、酸素７.５体積部、即ち空気換算では、空気３５.７[＝７.５×１/０.２１]体積部となる。）以下、順次プロパン/ｎ−ブタン比を変更しても流量調節弁８、９の開閉レベルは変更しないので、燃焼空気は、０℃換算で、３５.７リットル/分（１.０ＮＬＰＭ）で一定であるのに対し、液化石油ガス流量は、ｎ−ブタンのモル分率の増加（即ち、プロパンのモル分率の減少）とともに減少し、表１に示すようにプロパンのモル分率が０.５のとき、０.９２４ＮＬＰＭ、プロパンのモル分率が０（即ち、純ｎ−ブタン）のとき、０.８６３ＮＬＰＭとなる。以下、それぞれの液化石油ガス流量と成分比に対応する燃焼生成物の組成（体積％）を上記プロパン燃焼の化学反応式とｎ−ブタン燃焼の化学反応式（２Ｃ4Ｈ10+１３Ｏ2→８ＣＯ2+１０Ｈ2Ｏ）に従って、算出すると表１及び上記図６、図７を得ることができる。
【００３６】
【表１】
また、本実施形態においても、燃焼部４に供給される液化石油ガスの流量を均一化するためのオリフィス等の流量均一化手段１３を設けることにより、液化石油ガスの組成がより正確に把握することが可能となる。さらには、燃焼部４に供給される液化石油ガスの圧力を測定する圧力測定手段１４を設け、液化石油ガスの流量をこの圧力測定値により補正することにより、燃焼部に供給される液化石油ガスの流量をより正確に把握することも可能となる。
【００３７】
即ち、以上のような構成を採用することにより、燃焼部の燃焼排気ガス中の残留酸素または二酸化炭素濃度を連続的に測定して、この燃焼排気ガス中の残留酸素または二酸化炭素濃度から液化石油ガスの組成を求めることができ、この組成に応じて改質反応部１に供給される液化石油ガスと水蒸気の量を連続的に最適値に制御するようにしたので、液化石油ガスの組成が運転中に変動した場合でも、原燃料液化石油ガスと水蒸気の量が流量調節弁６、７によって適正に調節され、改質装置を最適な条件で運転を行うことができることとなる。
【００３８】
なお、流量制御手段１２は、例えば、組成測定手段１１ｃからの上記液化石油ガスの成分組成に対応した出力信号を受け、上記流量調節弁６、７の開閉レベルを制御する信号を出力するように構成できる。制御方法は、特に制限されないが、ＰＩＤ制御、ファジィ制御、ニューラルネットワーク等公知の技術を利用できる。
【００３９】
一方、本実施形態の改質装置では、燃焼部４の燃焼排気ガス中の残留酸素または二酸化炭素濃度を測定する構成としたが、別途、液化石油ガスの組成を測定するための専用燃焼部（図示せず）を設け、この専用燃焼部の燃焼排気ガス中の残留酸素または二酸化炭素濃度を測定する実施形態も当然に可能であり、上記課題解決に寄与する限りにおいて何ら制約のないことはいうまでもない。また、この場合において、かかる液化石油ガスの組成を測定するための専用燃焼部を、改質反応部１の改質触媒を加熱するよう配置することにより、より高効率の改質装置を提供できることとなる。
【００４０】
さらに、本実施形態の改質装置では、液化石油ガスの組成を求めるために、燃焼部４の燃焼排気ガス中の二酸化炭素濃度或いは残留酸素濃度を測定する構成としたが、算出する液化石油ガスの組成の精度を、さらに向上するために、第１の実施形態で示した液化石油ガスの圧力および温度を測定し、これらの圧力および温度の測定値を基礎として液化石油ガスの組成を算出し得る組成測定手段１１ａ、或いは第２の実施形態で示した燃焼部４の燃焼ガス温度を測定し、これを基礎として液化石油ガスの組成を算出し得る組成測定手段１１ｂのいずれかを併用する実施形態、さらには、組成測定手段１１ａ、１１ｂ、１１ｃの三者を総て併用する実施形態も当然に可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように、請求項１〜請求項３記載の改質装置の発明にあっては、液化石油ガスの組成が運転中に変動した場合でも、最適な条件で運転を行うことができるという優れた効果を奏する。
【００４２】
請求項２または請求項３記載の改質装置の発明にあっては、上記効果に加えて、燃焼部に供給される液化石油ガスの流量を均一化することができるので、液化石油ガスの組成の測定をより正確に行うことができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における改質装置の概略を示す図である。
【図２】貯蔵タンクから取り出され、圧力調整される前の液化石油ガスの組成と液化石油ガスの圧力および温度の関係の一例を示す特性図である。
【図３】本発明の第２の実施形態における改質装置の概略を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態における液化石油ガス中のプロパンの割合と燃焼ガス温度の関係を示す特性図である。
【図５】本発明の第３の実施形態における改質装置の概略を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施形態における液化石油ガス中のプロパンの割合と燃焼排気ガス中の酸素濃度の関係を示す特性図である。
【図７】本発明の第３の実施形態における液化石油ガス中のプロパンの割合と燃焼排気ガス中の二酸化炭素濃度の関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１ 改質反応部
２ シフト反応部
３ 一酸化炭素酸化部
４ 燃焼部
５ 圧力調整器
６ 原燃料液化ガス流量調節弁
７ 水蒸気流量調節弁
８ 燃焼用液化石油ガス流量調節弁
９ 燃焼用空気流量調節弁
１０ 液化石油ガス貯蔵タンク
１１ 組成測定手段
１１ａ 組成測定手段
１１ｂ 組成測定手段
１１ｃ 組成測定手段
１２ 流量制御手段
１３ 流量均一化手段
１４ 圧力測定手段
１５ 水蒸気
１６ 空気
【発明の属する技術分野】
本発明は、液化石油ガスを原燃料として水素を主成分とする改質ガスを生成させる燃料電池用の改質装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、液化石油ガスを原燃料として水蒸気改質反応により改質して水素を主成分とする改質ガスを生成させる改質装置が知られているが、現在、この改質ガスの有望な利用用途の一つとして、燃料電池用の発電燃料を挙げることができる。この改質装置は、改質触媒が充填された改質反応部と、一酸化炭素変成触媒が充填されたシフト反応部と、一酸化炭素酸化触媒が充填された一酸化炭素酸化部とを具備して形成されるもので、前記改質触媒をバーナーで加熱しながら原燃料と水蒸気とを改質部に通すことにより水蒸気改質反応を進行せしめ、水素を主成分とする改質ガスを得るというものである。
【０００３】
一方、この改質ガス中に一酸化炭素が含まれていると、これにより、燃料電池が被毒して電極触媒性能が低下するので、まず、生成直後の改質ガスをシフト反応部に通し、一酸化炭素変成触媒によって、改質ガス中の一酸化炭素含有量をシフト反応により低減せしめた後、さらに、これを一酸化炭素酸化部に通し、一酸化炭素酸化触媒によって系内に残留する一酸化炭素を酸化、除去して改質ガス中の一酸化炭素含有量を燃料電池の被毒を回避できる程度まで低減できるようにしている。
【０００４】
ところで、かかる水蒸気改質反応における原燃料供給量および水蒸気供給量の適正範囲は、原燃料の組成に応じて規定することができる。即ち、これらが適正範囲外になると、燃料電池に供給される改質ガス中の水素量が不足する、あるいは一酸化炭素濃度が上昇する等の不具合の発生により、燃料電池の発電出力が低下したり、燃料電池を損傷したりするおそれがあるので、例えば、特開平６−２６０２０３号公報等に見られるように、改質装置の運転前に原燃料の組成を測定し、測定した組成に応じて改質装置の運転条件を定めるという方法が採用されていた。
【０００５】
しかし、原燃料として液化石油ガスを用いる場合、液化石油ガスはプロパン、ブタン等の蒸気圧の異なる混合成分よりなるため、原燃料の消費に伴い、容器内の原燃料残液中の組成が順次、変動することにより、改質装置に供給される原燃料の組成も変動し、改質装置を常に最適な条件で運転することが難しいという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事由に鑑み、なされたもので、本発明の目的は、液化石油ガスの組成が運転中に変動した場合でも、最適な条件で運転を行うことを可能とする改質装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の改質装置の発明にあっては、少なくとも、液化石油ガスを貯蔵する液化石油ガス貯蔵タンクと、前記液化石油ガス貯蔵タンクから出された液化石油ガスの圧力調整を行なう圧力調整器と、前記圧力調整器により圧力調整された液化石油ガスを水蒸気を用いて水蒸気改質して改質ガスを生成する改質触媒を有する改質反応部と、前記圧力調整器により圧力調整された液化石油ガスの一部を燃焼させることにより、前記改質反応部における反応を加熱により促進せしめる燃焼部と、を備えた燃料電池用の改質装置において、前記改質反応部に供給される液化石油ガスの組成を連続的に測定する組成測定手段と、前記組成測定手段で測定した組成に応じて前記改質反応部に供給される液化石油ガスの量と水蒸気の量とを連続的に制御する流量制御手段を備え、前記組成測定手段が、前記液化石油ガス貯蔵タンクから出され、前記圧力調整器により圧力調整される前の液化石油ガスの圧力および温度を測定することにより前記改質反応部に供給される液化石油ガスの組成を求める手段であることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２記載の改質装置の発明にあっては、少なくとも、液化石油ガスを貯蔵する液化石油ガス貯蔵タンクと、前記液化石油ガス貯蔵タンクから出された液化石油ガスの圧力調整を行なう圧力調整器と、前記圧力調整器により圧力調整された液化石油ガスを水蒸気を用いて水蒸気改質して改質ガスを生成する改質触媒を有する改質反応部と、前記圧力調整器により圧力調整された液化石油ガスの一部を燃焼させることにより、前記改質反応部における反応を加熱により促進せしめる燃焼部と、を備えた燃料電池用の改質装置において、前記改質反応部に供給される液化石油ガスの組成を連続的に測定する組成測定手段と、前記組成測定手段で測定した組成に応じて前記改質反応部に供給される液化石油ガスの量と水蒸気の量とを連続的に制御する流量制御手段と、前記燃焼部に供給される液化石油ガスの流量を均一化する流量均一化手段とを備え、前記組成測定手段が、前記燃焼部の燃焼ガス温度を測定することにより前記改質反応部に供給される液化石油ガスの組成を求める手段であることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３記載の改質装置の発明にあっては、少なくとも、液化石油ガスを貯蔵する液化石油ガス貯蔵タンクと、前記液化石油ガス貯蔵タンクから出された液化石油ガスの圧力調整を行なう圧力調整器と、前記圧力調整器により圧力調整された液化石油ガスを水蒸気を用いて水蒸気改質して改質ガスを生成する改質触媒を有する改質反応部と、前記圧力調整器により圧力調整された液化石油ガスの一部を燃焼させることにより、前記改質反応部における反応を加熱により促進せしめる燃焼部と、を備えた燃料電池用の改質装置において、前記改質反応部に供給される液化石油ガスの組成を連続的に測定する組成測定手段と、前記組成測定手段で測定した組成に応じて前記改質反応部に供給される液化石油ガスの量と水蒸気の量とを連続的に制御する流量制御手段と、前記燃焼部に供給される液化石油ガスの流量を均一化する流量均一化手段とを備え、前記組成測定手段が、前記燃焼部の燃焼排気ガス中の酸素または二酸化炭素濃度を測定することにより前記改質反応部に供給される液化石油ガスの組成を求める手段であることを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
【００１３】
[第１の実施形態]
図１は本発明の第１の実施形態における改質装置の概略を示す図、図２は貯蔵タンク１０から取り出され、圧力調整される前の液化石油ガスの組成と液化石油ガスの圧力および温度の関係の一例を示す特性図である。
【００１４】
即ち、本実施形態の改質装置は、図１に示すように、原燃料の液化石油ガスを水蒸気を用いて水蒸気改質して水素を主成分とする改質ガスを生成する改質触媒を有する改質反応部１、改質反応部１にて生成した改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減するシフト反応部２、シフト反応部２にて一酸化炭素濃度が低減された改質ガス中に未だ残留する一酸化炭素ガスを一酸化炭素酸化反応により酸化、除去する一酸化炭素酸化部３、及び、これら各反応部、特に、改質反応部１を加熱してその反応を促進せしめる燃焼部４を備えている。
【００１５】
また、改質反応部１に供給される液化石油ガスの圧力調整を行う圧力調整器５、改質反応部１に供給される原燃料である液化石油ガスの流量を調節する原燃料液化ガス流量調節弁６、改質反応部１に供給される水蒸気の流量を調節する水蒸気流量調節弁７、燃焼部４に供給される燃焼用液化石油ガスの流量を調節する燃焼用液化石油ガス流量調節弁８、燃焼部４に供給される燃焼用空気１６の流量を調節する燃焼用空気流量調節弁９とを設け、さらに、液化石油ガス貯蔵タンク１０から取り出され、圧力調整器５で圧力調整される前の液化石油ガスの組成を測定する組成測定手段１１ａと、該組成測定手段１１ａによって得られた液化石油ガスの組成に関する情報に基づいて、原燃料液化ガス流量調節弁６、水蒸気流量調節弁７の開閉レベルを制御する流量制御手段１２を備えたものである。
【００１６】
即ち、本実施形態の改質器においては、組成測定手段１１ａは、液化石油ガス貯蔵タンク１０から取り出され、圧力調整器５で圧力調整される前の液化石油ガスの圧力および温度を測定する手段を有する一方、さらに、これらの圧力および温度の測定値を基礎として液化石油ガスの組成を算出し得るというものである。
例えば、改質器の原燃料として使用される液化石油ガスが、プロパンとｎ−ブタンの２成分のみからなると仮定できる場合には、その系内の温度（Ｔ）、圧力（ＰGT）を測定し、これらを基礎として、比較的簡便にその系内の両成分の割合を算出することができる。即ち、Ｔ＝Ｔ１、ＰGT＝ＰGT1のとき、プロパンのモル分率をｘしたとき、ｎ−ブタンのモル分率は、１−ｘであり、Ｔ＝Ｔ１のときのプロパンの飽和蒸気圧をＰGT1（プロパン）、ｎ−ブタンの飽和蒸気圧をＰGT1（ｎ−ブタン）としたとき、ＰGT1（プロパン）ｘ+ＰGT1（ｎ−ブタン）（１−ｘ）＝ＰGT1であり、ＰGT1（プロパン）、ＰGT1（ｎ−ブタン）は、別途、例えば、Ａｎｔｏｉｎｅ式（例えば、「化学工学便覧、改訂第５版」、第１８頁〜第２７頁 または、「電子計算機による蒸気圧データ」大江修造、データブック出版社に記載されている。）等から求められるからである。
【００１７】
図２の特性図は、かかる手法により算出された、プロパンとｎ−ブタンのみからなる液化石油ガス中の各温度における両成分の存在比とこの液化石油ガスの圧力の関係を示すものである。即ち、この特性図を基礎とすれば、液化石油ガスの貯蔵タンク１０から取り出された圧力調整される前の液化石油ガスの圧力および温度を測定するのみで、液化石油ガスの組成（成分比）が特定でき、さらには、この液化石油ガスの組成に関する情報に基づいて、液化石油ガスの組成に応じて改質反応部１に供給される液化石油ガスと水蒸気の量に関する最適条件を特定することが可能となるというものである。
【００１８】
この結果、液化石油ガスの貯蔵タンク１０から取り出され、圧力調整器５で圧力調整される前の液化石油ガスの圧力および温度を前記組成測定手段１１ａにおいて、連続的に測定し、これを基礎として算出される液化石油ガスの成分組成に対応して、流量制御手段１２において、改質反応部１に供給される液化石油ガスと水蒸気の量を連続的に制御することにより、改質反応部１に供給される液化石油ガスの成分組成が運転中に変動した場合においても、原燃料液化石油ガスと水蒸気の量が流量調節弁６、７によって適正に調節され、改質装置を常に最適な条件で運転を行うことが可能となる。
【００１９】
なお、流量制御手段１２は、例えば、組成測定手段１１ａからの上記液化石油ガスの成分組成に対応した出力信号を受け、上記流量調節弁６、７の開閉レベルを制御する信号を出力するように構成できる。制御方法は、特に制限されないが、ＰＩＤ制御、ファジィ制御、ニューラルネットワーク等公知の技術を利用できる。
【００２０】
[第２の実施形態]
図３は本発明の第２の実施形態における改質装置の概略を示す図、図４は本発明の第２の実施形態における液化石油ガス中のプロパンの割合と燃焼ガス温度の関係を示す特性図である。
【００２１】
即ち、本実施形態の改質装置は、図３に示すように、燃焼部４に組成測定手段１１ｂを有するものであり、この組成測定手段１１ｂは、燃焼部４の燃焼ガス温度を測定することにより、液化石油ガスの組成の概略値を算出し得るというものである。
【００２２】
図３において、燃焼用液化石油ガス流量調節弁８の開閉レベルを一定にした場合、液化石油ガスの組成が変動すると、燃焼部４に供給される液化石油ガスは、その流量においても変化し、その結果、燃焼部４の燃焼ガス温度は、かかる液化石油ガスの組成および流量の変化に対応して変化することとなる。図４の特性図は、プロパンとｎ−ブタンのみからなる液化石油ガスにおいて、燃焼用液化石油ガス流量調節弁８および燃焼用空気流量調節弁９の開閉レベルを一定にした場合の、両成分の組成の変化に対応した燃焼部４の燃焼ガス温度の相関関係の一例を示すものである。かかる特性図に示される液化石油ガスの組成と燃焼ガス温度の相関関係は、例えば、実際に燃焼部４において所定の組成を有する液化石油ガスを燃焼せしめてその燃焼ガス温度を実測する方法、或いは、理論火炎温度（断熱火炎温度）（例えば、「ガス燃焼の理論と実際〔吉田邦夫監修〕」仲町一郎、庄司不二雄共著、（財）省エネルギーセンター発行 [１９９２年１０月１３日 第１版第１刷発行]、第１７頁〜第２１頁等に記載されている。）を液化石油ガスを構成する各成分ガスについて算出し、これを基礎として混合ガスについて各成分ガスの分圧に応じた比例配分でその混合ガスについての燃焼ガス温度を導出する方法等により求めることができる。
【００２３】
図４の特性図は、実測により算出された液化石油ガスの組成と燃焼ガス温度の相関関係を示すものである。即ち、このような相関関係を利用すれば、液化石油ガス中の成分比からその液化石油ガスの燃焼ガス温度の概略を算出し得る一方、逆に、液化石油ガスの燃焼ガス温度を測定することにより、液化石油ガス中の成分比の概略を算出し得ることとなる。具体的には、燃焼用液化石油ガス流量調節弁８および燃焼用空気流量調節弁９の開閉レベルを一定にしておき、組成測定手段１１ｂにおいて、燃焼部４の燃焼ガス温度を測定するのみで、液化石油ガスの組成の概略値を算出でき、これを基礎として、改質反応部１に供給される液化石油ガスと水蒸気の割合を原燃料液化石油ガスおよび水蒸気の流量制御手段１２において最適化できるというものである。
【００２４】
また、燃焼部４に供給される液化石油ガスの流量を均一化するためのオリフィス等の流量均一化手段１３を設けることにより、液化石油ガスの組成がより正確に把握することが可能となる。さらには、燃焼部４に供給される液化石油ガスの圧力を測定する圧力測定手段１４を設け、液化石油ガスの流量をこの圧力測定値により補正することにより、燃焼部に供給される液化石油ガスの流量をより正確に把握することも可能となる。
【００２５】
即ち、以上のような構成を採用することにより、燃焼部の燃焼ガス温度を連続的に測定して、この燃焼ガス温度から液化石油ガスの組成を求めることができ、この組成に応じて改質反応部１に供給される液化石油ガスと水蒸気の量を連続的に最適値に制御するようにしたので、液化石油ガスの組成が運転中に変動した場合でも、原燃料液化石油ガスと水蒸気の量が流量調節弁６、７によって適正に調節され、改質装置を最適な条件で運転を行うことができることとなる。
【００２６】
なお、流量制御手段１２は、例えば、組成測定手段１１ｂからの上記液化石油ガスの成分組成に対応した出力信号を受け、上記流量調節弁６、７の開閉レベルを制御する信号を出力するように構成できる。制御方法は、特に制限されないが、ＰＩＤ制御、ファジィ制御、ニューラルネットワーク等公知の技術を利用できる。
【００２７】
一方、本実施形態の改質装置では、燃焼部４の燃焼ガス温度を測定する構成としたが、別途、液化石油ガスの組成を測定するための専用燃焼部（図示せず）を設け、この専用燃焼部の燃焼ガス温度を測定する実施形態も当然に可能であり、上記課題解決に寄与する限りにおいて何ら制約のないことはいうまでもない。また、この場合において、かかる液化石油ガスの組成を測定するための燃焼部を、改質反応部１の改質触媒を加熱するよう配置することにより、より高効率の改質装置を提供できることとなる。
【００２８】
さらに、本実施形態の改質装置では、液化石油ガスの組成を求めるために、燃焼部４の燃焼ガス温度を測定する構成としたが、算出する液化石油ガスの組成の精度を、さらに向上するために、第１の実施形態で示した液化石油ガスの圧力および温度を測定し、これらの圧力および温度の測定値を基礎として液化石油ガスの組成を算出し得る組成測定手段１１ａを併用する実施形態も当然に可能である。
【００２９】
[第３の実施形態]
図５は本発明の第３の実施形態における改質装置の概略を示す図、図６は本発明の第３の実施形態における液化石油ガス中のプロパンの割合と燃焼排気ガス中の酸素濃度の関係を示す特性図、図７は本発明の第３の実施形態における液化石油ガス中のプロパンの割合と燃焼排気ガス中の二酸化炭素濃度の関係を示す特性図である。
【００３０】
即ち、本実施形態の改質装置は、図５に示すように、燃焼部４に組成測定手段１１ｃを有するものであり、この組成測定手段１１ｃは、燃焼部４の燃焼排気ガス中の残留酸素または二酸化炭素濃度を測定することにより、液化石油ガスの組成の概略値を算出し得るというものである。図５において、燃焼用液化石油ガス流量調節弁８の開閉レベルを一定にした場合、液化石油ガスの組成が変動すると、燃焼部４に供給される液化石油ガスは、その流量においても変化し、その結果、燃焼部４の燃焼排気ガス中の残留酸素または二酸化炭素濃度は、かかる液化石油ガスの組成および流量の変化に対応して変化することとなる。
【００３１】
図６の特性図は、プロパンとｎ−ブタンのみからなる液化石油ガスにおいて、燃焼用液化石油ガス流量調節弁８および燃焼用空気流量調節弁９の開閉レベルを一定にした場合の、両成分の組成の変化に対応した燃焼部４の燃焼排気ガス中の残留酸素濃度の推移の一例を示すものである。これは、液化石油ガスを構成する各成分の燃焼に係る化学反応式から化学量論的に求めることができるものである。即ち、このような液化石油ガスの組成と燃焼排気ガス中の残留酸素濃度の相関関係を利用することにより、液化石油ガス中の成分比からその液化石油ガスの燃焼排気ガス中の残留酸素濃度の概略を算出し得る一方、逆に、液化石油ガスの燃焼排気ガス中の残留酸素濃度を測定することにより、液化石油ガス中の成分比の概略を算出し得ることとなる。
【００３２】
具体的には、燃焼用液化石油ガス流量調節弁８および燃焼用空気流量調節弁９の開閉レベルを一定にしておき、組成測定手段１１ｃにおいて、燃焼部４の燃焼排気ガス中の残留酸素濃度を測定するのみで、液化石油ガスの組成の概略値を算出でき、これを基礎として、改質反応部１に供給される液化石油ガスと水蒸気の割合を原燃料液化石油ガスおよび水蒸気の流量制御手段１２において最適化できるというものである。
【００３３】
一方、図７の特性図は、プロパンとｎ−ブタンのみからなる液化石油ガスにおいて、燃焼用液化石油ガス流量調節弁８および燃焼用空気流量調節弁９の開閉レベルを一定にした場合の、両成分の組成の変化に対応した燃焼部４の燃焼排気ガス中の二酸化炭素濃度の推移の一例を示すものであり、上記図６に示した燃焼部４の燃焼排気ガス中の残留酸素濃度の場合と同様に、液化石油ガスを構成する各成分の燃焼に係る化学反応式から化学量論的に求めることができる。したがって、この場合、上記図６に示した燃焼部４の燃焼排気ガス中の残留酸素濃度の場合と同様に、液化石油ガスの燃焼排気ガス中の二酸化炭素濃度を測定することにより、液化石油ガス中の成分比の概略を算出し得ることとなる。
【００３４】
具体的には、上記流量調節弁８、９の開閉レベルを一定にしておき、組成測定手段１１ｃにおいて、燃焼部４の燃焼排気ガス中の二酸化炭素濃度を測定するのみで、液化石油ガスの組成の概略値を算出でき、これを基礎として、改質反応部１に供給される液化石油ガスと水蒸気の割合を原燃料液化石油ガスおよび水蒸気の流量制御手段１２において最適化できるというものである。
【００３５】
なお、上記図６、図７は、表１に示す燃焼条件に基づいて算出したものである。即ち、燃焼用液化石油ガス流量調節弁８に純プロパンを流したとき、０℃換算で、１.０リットル/分（１.０ＮＬＰＭ）となるようにその開閉レベルを設定する一方、燃焼用空気流量調節弁９の開閉レベルを空気過剰率（空気比）λが１.５となるように固定する。（プロパンの燃焼の化学反応式が、Ｃ3Ｈ8+５Ｏ2→３ＣＯ2+４Ｈ2Ｏなので、具体的には、プロパン１モルに対して、酸素７.５モル[λ＝１.５]の流量となり、体積換算では、プロパン１.０体積部に対して、酸素７.５体積部、即ち空気換算では、空気３５.７[＝７.５×１/０.２１]体積部となる。）以下、順次プロパン/ｎ−ブタン比を変更しても流量調節弁８、９の開閉レベルは変更しないので、燃焼空気は、０℃換算で、３５.７リットル/分（１.０ＮＬＰＭ）で一定であるのに対し、液化石油ガス流量は、ｎ−ブタンのモル分率の増加（即ち、プロパンのモル分率の減少）とともに減少し、表１に示すようにプロパンのモル分率が０.５のとき、０.９２４ＮＬＰＭ、プロパンのモル分率が０（即ち、純ｎ−ブタン）のとき、０.８６３ＮＬＰＭとなる。以下、それぞれの液化石油ガス流量と成分比に対応する燃焼生成物の組成（体積％）を上記プロパン燃焼の化学反応式とｎ−ブタン燃焼の化学反応式（２Ｃ4Ｈ10+１３Ｏ2→８ＣＯ2+１０Ｈ2Ｏ）に従って、算出すると表１及び上記図６、図７を得ることができる。
【００３６】
【表１】
【００３７】
即ち、以上のような構成を採用することにより、燃焼部の燃焼排気ガス中の残留酸素または二酸化炭素濃度を連続的に測定して、この燃焼排気ガス中の残留酸素または二酸化炭素濃度から液化石油ガスの組成を求めることができ、この組成に応じて改質反応部１に供給される液化石油ガスと水蒸気の量を連続的に最適値に制御するようにしたので、液化石油ガスの組成が運転中に変動した場合でも、原燃料液化石油ガスと水蒸気の量が流量調節弁６、７によって適正に調節され、改質装置を最適な条件で運転を行うことができることとなる。
【００３８】
なお、流量制御手段１２は、例えば、組成測定手段１１ｃからの上記液化石油ガスの成分組成に対応した出力信号を受け、上記流量調節弁６、７の開閉レベルを制御する信号を出力するように構成できる。制御方法は、特に制限されないが、ＰＩＤ制御、ファジィ制御、ニューラルネットワーク等公知の技術を利用できる。
【００３９】
一方、本実施形態の改質装置では、燃焼部４の燃焼排気ガス中の残留酸素または二酸化炭素濃度を測定する構成としたが、別途、液化石油ガスの組成を測定するための専用燃焼部（図示せず）を設け、この専用燃焼部の燃焼排気ガス中の残留酸素または二酸化炭素濃度を測定する実施形態も当然に可能であり、上記課題解決に寄与する限りにおいて何ら制約のないことはいうまでもない。また、この場合において、かかる液化石油ガスの組成を測定するための専用燃焼部を、改質反応部１の改質触媒を加熱するよう配置することにより、より高効率の改質装置を提供できることとなる。
【００４０】
さらに、本実施形態の改質装置では、液化石油ガスの組成を求めるために、燃焼部４の燃焼排気ガス中の二酸化炭素濃度或いは残留酸素濃度を測定する構成としたが、算出する液化石油ガスの組成の精度を、さらに向上するために、第１の実施形態で示した液化石油ガスの圧力および温度を測定し、これらの圧力および温度の測定値を基礎として液化石油ガスの組成を算出し得る組成測定手段１１ａ、或いは第２の実施形態で示した燃焼部４の燃焼ガス温度を測定し、これを基礎として液化石油ガスの組成を算出し得る組成測定手段１１ｂのいずれかを併用する実施形態、さらには、組成測定手段１１ａ、１１ｂ、１１ｃの三者を総て併用する実施形態も当然に可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように、請求項１〜請求項３記載の改質装置の発明にあっては、液化石油ガスの組成が運転中に変動した場合でも、最適な条件で運転を行うことができるという優れた効果を奏する。
【００４２】
請求項２または請求項３記載の改質装置の発明にあっては、上記効果に加えて、燃焼部に供給される液化石油ガスの流量を均一化することができるので、液化石油ガスの組成の測定をより正確に行うことができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における改質装置の概略を示す図である。
【図２】貯蔵タンクから取り出され、圧力調整される前の液化石油ガスの組成と液化石油ガスの圧力および温度の関係の一例を示す特性図である。
【図３】本発明の第２の実施形態における改質装置の概略を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態における液化石油ガス中のプロパンの割合と燃焼ガス温度の関係を示す特性図である。
【図５】本発明の第３の実施形態における改質装置の概略を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施形態における液化石油ガス中のプロパンの割合と燃焼排気ガス中の酸素濃度の関係を示す特性図である。
【図７】本発明の第３の実施形態における液化石油ガス中のプロパンの割合と燃焼排気ガス中の二酸化炭素濃度の関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１ 改質反応部
２ シフト反応部
３ 一酸化炭素酸化部
４ 燃焼部
５ 圧力調整器
６ 原燃料液化ガス流量調節弁
７ 水蒸気流量調節弁
８ 燃焼用液化石油ガス流量調節弁
９ 燃焼用空気流量調節弁
１０ 液化石油ガス貯蔵タンク
１１ 組成測定手段
１１ａ 組成測定手段
１１ｂ 組成測定手段
１１ｃ 組成測定手段
１２ 流量制御手段
１３ 流量均一化手段
１４ 圧力測定手段
１５ 水蒸気
１６ 空気
Claims (3)
- 少なくとも、液化石油ガスを貯蔵する液化石油ガス貯蔵タンクと、前記液化石油ガス貯蔵タンクから出された液化石油ガスの圧力調整を行なう圧力調整器と、前記圧力調整器により圧力調整された液化石油ガスを水蒸気を用いて水蒸気改質して改質ガスを生成する改質触媒を有する改質反応部と、前記圧力調整器により圧力調整された液化石油ガスの一部を燃焼させることにより、前記改質反応部における反応を加熱により促進せしめる燃焼部と、を備えた燃料電池用の改質装置において、
前記改質反応部に供給される液化石油ガスの組成を連続的に測定する組成測定手段と、
前記組成測定手段で測定した組成に応じて前記改質反応部に供給される液化石油ガスの量と水蒸気の量とを連続的に制御する流量制御手段とを備え、
前記組成測定手段が、前記液化石油ガス貯蔵タンクから出され、前記圧力調整器により圧力調整される前の液化石油ガスの圧力および温度を測定することにより前記改質反応部に供給される液化石油ガスの組成を求める手段であることを特徴とする改質装置。 - 少なくとも、液化石油ガスを貯蔵する液化石油ガス貯蔵タンクと、前記液化石油ガス貯蔵タンクから出された液化石油ガスの圧力調整を行なう圧力調整器と、前記圧力調整器により圧力調整された液化石油ガスを水蒸気を用いて水蒸気改質して改質ガスを生成する改質触媒を有する改質反応部と、前記圧力調整器により圧力調整された液化石油ガスの一部を燃焼させることにより、前記改質反応部における反応を加熱により促進せしめる燃焼部と、を備えた燃料電池用の改質装置において、
前記改質反応部に供給される液化石油ガスの組成を連続的に測定する組成測定手段と、
前記組成測定手段で測定した組成に応じて前記改質反応部に供給される液化石油ガスの量と水蒸気の量とを連続的に制御する流量制御手段と、
前記燃焼部に供給される液化石油ガスの流量を均一化する流量均一化手段とを備え、
前記組成測定手段が、前記燃焼部の燃焼ガス温度を測定することにより前記改質反応部に供給される液化石油ガスの組成を求める手段であることを特徴とする改質装置。 - 少なくとも、液化石油ガスを貯蔵する液化石油ガス貯蔵タンクと、前記液化石油ガス貯蔵タンクから出された液化石油ガスの圧力調整を行なう圧力調整器と、前記圧力調整器により圧力調整された液化石油ガスを水蒸気を用いて水蒸気改質して改質ガスを生成する改質触媒を有する改質反応部と、前記圧力調整器により圧力調整された液化石油ガスの一部を燃焼させることにより、前記改質反応部における反応を加熱により促進せしめる燃焼部と、を備えた燃料電池用の改質装置において、
前記改質反応部に供給される液化石油ガスの組成を連続的に測定する組成測定手段と、
前記組成測定手段で測定した組成に応じて前記改質反応部に供給される液化石油ガスの量と水蒸気の量とを連続的に制御する流量制御手段と、
前記燃焼部に供給される液化石油ガスの流量を均一化する流量均一化手段とを備え、
前記組成測定手段が、前記燃焼部の燃焼排気ガス中の酸素または二酸化炭素濃度を測定することにより前記改質反応部に供給される液化石油ガスの組成を求める手段であることを特徴とする改質装置。
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