JP4531320B2 - 水素含有ガス生成装置の運転制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、改質部加熱手段にて加熱されて、炭化水素系の原燃料ガスを水蒸気にて水素ガスと一酸化炭素ガスを含むガスに改質処理する改質部と、前記改質部から供給される改質処理ガスをその改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成させることにより変成処理する変成部と、その変成部から供給される変成処理ガスをその変成処理ガス中の一酸化炭素を選択酸化することにより選択酸化処理する選択酸化部が設けられた水素含有ガス生成装置の運転制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかる水素含有ガス生成装置は、炭化水素系の原燃料ガスを改質部にて水蒸気により水素ガスと一酸化炭素ガスを含むガスに改質処理し、その改質処理ガスを変成部にて改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成させることにより変成処理し、その変成処理ガスを選択酸化部にて変成処理ガス中の一酸化炭素を選択酸化することにより選択酸化処理して、一酸化炭素濃度の低い（例えば１０ｐｐｍ以下）水素リッチな水素含有ガスを生成するものであり、生成水素含有ガスは、例えば、燃料電池における発電反応用の燃料ガスとして用いる。
【０００３】
そして、かかる水素含有ガス生成装置の運転中は、改質部と変成部と選択酸化部をそれぞれ、改質処理に適正な温度（以下、改質処理温度と記載する場合がある）、変成処理に適正な温度（以下、変成処理温度と記載する場合がある）、選択酸化処理に適正な温度（以下、選択酸化処理温度と記載する場合がある）に維持する必要がある。ちなみに、改質処理温度は例えば６００〜７００°Ｃの範囲、変成処理温度は例えば１５０〜２５０°Ｃの範囲、選択酸化処理温度は８０〜１００°Ｃの範囲である。
【０００４】
そこで、従来は、改質部と変成部と選択酸化部を、それぞれ改質処理温度、変成処理温度、選択酸化処理温度に維持するように運転するための運転制御方法においては、変成部を加熱する変成部加熱手段及び変成部を冷却する変成部冷却手段、並びに、選択酸化部を加熱する選択酸化部加熱手段及び選択酸化部を冷却する選択酸化部冷却手段を設けて、改質部を改質処理温度に維持するように、改質部加熱手段の加熱能力を調節し、変成部を変成処理温度に維持するように変成部加熱手段の加熱能力及び変成部冷却手段の冷却能力を調節し、並びに、選択酸化部を選択酸化処理温度に維持するように、選択酸化部加熱手段の加熱能力及び選択酸化部冷却手段の冷却能力を調節していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、従来の運転制御方法においては、改質部と変成部と選択酸化部をそれぞれ改質処理温度、変成処理温度、選択酸化処理温度に維持するために、改質部、変成部及び選択酸化部それぞれの温度を各別に制御するというように、複雑な制御を必要とし、改善が望まれていた。
【０００６】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な制御にて改質部と変成部と選択酸化部をそれぞれに適正な温度に維持して運転することができる水素含有ガス生成装置の運転制御方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１記載の発明〕
請求項１に記載の水素含有ガス生成装置の運転制御方法の特徴は、前記選択酸化部を冷却する選択酸化部冷却手段を設け、
前記改質部、前記変成部及び前記選択酸化部を、前記改質部と前記選択酸化部との間に前記変成部が位置し、且つ、隣接するもの同士で熱伝導可能なように設け、
炭化水素系の原燃料ガスを脱硫処理する脱硫部にて脱硫処理した脱硫原燃料ガスを、前記改質部で改質処理する炭化水素系の原燃料ガスとして供給し、
前記改質部と前記選択酸化部との間に、前記脱硫部及び前記変成部を並べて、且つ、隣接するもの同士で熱伝導可能なように設け、
前記脱硫部からの脱硫原燃料ガスと前記改質部からの改質処理ガスとを熱交換させる熱交換部を、前記改質部と前記脱硫部との間に設け、
前記改質部と前記脱硫部との間は、前記改質部の側から順に並ぶ断熱材、前記熱交換部及び断熱材にて伝熱量を設定し、
前記改質部を改質処理に適正な温度に維持するように、前記改質部加熱手段の加熱能力を調節し、且つ、前記選択酸化部を選択酸化処理に適正な温度に維持するように、前記選択酸化部冷却手段の冷却能力を調節し、
前記選択酸化部冷却手段が、通風量の調節により冷却能力を調節する冷却用ファンであり、
前記改質部加熱手段をガス燃料を燃焼させる燃焼式に構成し、
前記変成部を冷却するための変成部冷却用通流部を前記変成部と前記選択酸化部との間に設け、
ブロアからの空気を前記変成部冷却用通流部を通流させてから前記改質部加熱手段に供給する燃焼用空気路に、前記変成部冷却用通流部を迂回させて前記ブロアからの空気を通流させる燃焼用空気バイパス路を接続し、
前記燃焼用空気路を通して前記ブロアからの空気を通流させる冷却用供給状態と、前記燃焼用空気バイパス路を通して前記ブロアからの燃焼用空気を通流させるバイパス供給状態とに切換える空気経路切り換え用開閉弁を設け、
前記バイパス供給状態では前記変成部の冷却能力が不足するときには、前記冷却用供給状態に切り換えることにある。
即ち、本発明の発明者らは、改質処理温度、変成処理温度及び選択酸化処理温度においては、改質処理温度が最も高く、選択酸化処理温度が最も低く、変成処理温度は、改質処理温度と選択酸化処理温度との間にあるということに鑑みて、運転制御方法を簡略化すべく鋭意研究した。
そして、改質部、変成部及び選択酸化部を、最も高温に維持する必要のある改質部と、最も低温に維持する必要のある選択酸化部との間に、それら改質部の温度と選択酸化部の温度との間の温度に維持する必要のある変成部が位置し、且つ、隣接するもの同士で伝熱可能なように設け、そのように改質部、変成部及び選択酸化部を設けた状態で、隣接するもの同士の伝熱状態を適宜に設定することにより、改質部と選択酸化部をそれぞれ適正な温度に制御するだけで、変成部は、温度を制御することなくそれぞれに適正な温度に維持することができるということを見出した。
つまり、図９に示すように、最も高温に維持する必要のある改質部３と、最も低温に維持する必要のある選択酸化部６との間に、それら改質部３の温度と選択酸化部６の温度との間の温度に維持する必要のある変成部５が位置し、且つ、隣接するもの同士で伝熱可能なように設けると、図９において矢印にて示すように、改質部３から選択酸化部６に向かって伝熱して、選択酸化部６から放熱される。尚、図９において、４は、改質部３を加熱する燃焼式の改質部加熱手段としての燃焼部であり、１０は、選択酸化部６を冷却する選択酸化部冷却手段としての冷却用ファンである。
そして、隣接するもの同士、図９では、改質部３と変成部５との間、及び、変成部５と選択酸化部６との間のそれぞれの伝熱状態を適宜に設定することにより、改質部３を改質処理温度に維持するように燃焼部４の加熱能力を調節し、且つ、選択酸化部６を選択酸化処理温度に維持するように選択酸化部冷却手段としての冷却用ファン１０の風量調節により冷却能力を調節するだけで、それら改質部３と選択酸化部６との間に位置する変成部５を、温度を制御しなくても成り行きにて、変成処理温度になるようにすることができるのである。
要するに、改質部の温度と選択酸化部の温度を制御するだけの簡単な制御にて、改質部と変成部と選択酸化部をそれぞれ改質処理温度、変成処理温度、選択酸化処理温度に維持することができるようになった。
従って、簡単な制御にて改質部と変成部と選択酸化部をそれぞれに適正な温度に維持して運転することができる水素含有ガス生成装置の運転制御方法を提供することができるようになった。
又、本発明の発明者らは、炭化水素系の原燃料ガスを脱硫処理する脱硫部にて脱硫処理した脱硫原燃料ガスを、改質部で改質処理する炭化水素系の原燃料ガスとして供給する場合に、改質処理温度、脱硫処理に適正な温度（以下、脱硫処理温度と記載する場合がある）、変成処理温度及び選択酸化処理温度においては、改質処理温度が最も高く、選択酸化処理温度が最も低く、脱硫処理温度と変成処理温度は、改質処理温度と選択酸化処理温度との間にあるということに鑑みて、運転制御方法を簡略化すべく鋭意研究した。ちなみに、脱硫処理温度は例えば１５０〜２７０°Ｃの範囲である。
そして、改質部、脱硫部、変成部及び選択酸化部を、最も高温に維持する必要のある改質部と、最も低温に維持する必要のある選択酸化部との間に、それら改質部の温度と選択酸化部の温度との間の温度に維持する必要のある脱硫部及び変成部が位置し、且つ、隣接するもの同士で伝熱可能なように設け、そのように改質部、脱硫部、変成部及び選択酸化部を設けた状態で、隣接するもの同士の伝熱状態を適宜に設定することにより、改質部と選択酸化部をそれぞれ適正な温度に制御するだけで、脱硫部及び変成部は、温度を制御することなくそれぞれに適正な温度に維持することができるということを見出した。
つまり、図８に示すように、最も高温に維持する必要のある改質部３と、最も低温に維持する必要のある選択酸化部６との間に、それら改質部３の温度と選択酸化部６の温度との間の温度に維持する必要のある脱硫部１及び変成部５が位置し、且つ、隣接するもの同士で伝熱可能なように設けると、図８において矢印にて示すように、改質部３から選択酸化部６に向かって伝熱して、選択酸化部６から放熱される。尚、図８において、４は、改質部３を加熱する燃焼式の改質部加熱手段としての燃焼部であり、１０は、選択酸化部６を冷却する選択酸化部冷却手段としての冷却用ファンである。
そして、隣接するもの同士、図８では、改質部３と脱硫部１との間、脱硫部１と変成部５との間、及び、変成部５と選択酸化部６との間のそれぞれの伝熱状態を適宜に設定することにより、改質部３を改質処理温度に維持するように燃焼部４の加熱能力を調節し、且つ、選択酸化部６を選択酸化処理温度に維持するように選択酸化部冷却手段としての冷却用ファン１０の風量調節により冷却能力を調節するだけで、それら改質部３と選択酸化部６との間に位置する脱硫部１と変成部５を、温度を制御しなくても成り行きにて、それぞれ脱硫処理温度、変成処理温度になるようにすることができるのである。
要するに、改質部の温度と選択酸化部の温度を制御するだけの簡単な制御にて、脱硫部と改質部と変成部と選択酸化部をそれぞれ脱硫処理温度、改質処理温度、変成処理温度、選択酸化処理温度に維持することができるようになった。
従って、簡単な制御にて脱硫部と改質部と変成部と選択酸化部をそれぞれに適正な温度に維持して運転することができる水素含有ガス生成装置の運転制御方法を提供することができるようになった。
又、改質部と脱硫部との間に設けた熱交換部にて、脱硫部からの脱硫原燃料ガスと改質部からの改質処理ガスとを熱交換させて、脱硫原燃料ガスを予熱して改質部に供給すると共に、改質処理ガスを冷却して変成部に供給する。
つまり、脱硫部から排出された状態の脱硫原燃料ガスは、脱硫部の温度に近い温度であり、その脱流原燃料ガスが供給される改質部の温度との差が大きく、一方、改質部から排出された状態の改質処理ガスは、改質部の温度に近い温度であり、その改質処理ガスが供給される変成部との温度差が大きい。そこで、脱硫部から排出された脱硫原燃料ガスと改質部から排出された改質処理ガスとを熱交換部にて熱交換させることにより、脱硫原燃料ガスを予熱するために余分なエネルギを消費することなく、且つ、改質処理ガスを冷却するために熱を捨てることなく、脱硫原燃料ガスを予熱して、改質部との温度差を小さくした状態で改質部に供給することができると共に、改質処理ガスを冷却して、変成部との温度差を小さくした状態で変成部に供給することができるようになる。
しかも、熱交換部に流入及び流出する各流体の温度は、改質部の温度と脱硫部の温度との間の範囲内か、あるいはその範囲に近い温度であるので、熱交換部を、改質部と脱硫部との間に設けることにより、改質部の温度、脱硫部の温度をそれぞれに適正な温度に維持し易く、延いては、水素含有ガス生成装置の各部の温度をそれぞれに適正な温度に維持し易くなる。
従って、エネルギー効率を向上して水素含有ガスを生成することができながら、脱硫部、改質部、変成部及び選択酸化部それぞれの温度を一層的確に維持して運転することができるようにする上で好ましい具体構成を提供することができる。
〔請求項２記載の発明〕
請求項２に記載の水素含有ガス生成装置の運転制御方法の特徴は、前記改質部、前記熱交換部、前記脱硫部、前記変成部及び前記選択酸化部を、外形形状が偏平な板状になるように構成し、それら板状の前記改質部、前記熱交換部、前記脱硫部、前記変成部及び前記選択酸化部を厚さ方向に並設することにある。
請求項２に記載の運転制御方法によれば、外形形状が偏平な板状の改質部、熱交換部、脱硫部、変成部及び選択酸化部を、改質部と選択酸化部との間に、熱交換部、脱硫部及び変成部が位置し、且つ、隣接するもの同士で熱伝導可能なように、厚さ方向に並設するので、改質部、熱交換部、脱硫部、変成部及び選択酸化部の各部を厚さ方向に伝熱する状態で、改質部から選択酸化部に向かって伝熱する。
つまり、改質部、熱交換部、脱硫部、変成部及び選択酸化部を、改質部と選択酸化部との間に、熱交換部、脱硫部及び変成部が位置し、且つ、隣接するもの同士で熱伝導可能な並設し、隣接するもの同士の伝熱状態を適宜に設定することにより、改質部と選択酸化部をそれぞれに適正な温度に制御するだけで、脱硫部及び変成部をそれぞれに適正な温度に維持することができるようにするに当たって、上述のように、改質部、熱交換部、脱硫部、変成部及び選択酸化部をそれぞれ偏平な板状に構成して、厚さ方向に並設することにより、改質部、熱交換部、脱硫部、変成部及び選択酸化部の各部における伝熱経路を短くして、伝熱経路に沿った温度勾配を小さくすることができ、もって、各部の温度分布を小さくすることができる。
従って、脱硫部と改質部と変成部と選択酸化部を、温度分布を小さくしながらそれぞれに適正な温度に維持して運転することができるので、本発明の運転制御方法を実施するのに好ましい具体構成を提供することができる。
【０００８】
〔請求項３記載の発明〕
請求項３に記載の水素含有ガス生成装置の運転制御方法の特徴は、前記改質部における前記変成部が設けられている側とは反対側に、供給される水を前記燃焼式の改質部加熱手段から排出される燃焼ガスにて加熱して、前記改質部における改質処理用の水蒸気を生成する水蒸気生成部を設けることにある。
請求項３に記載の運転制御方法によれば、改質部加熱手段をガス燃料を燃焼させる燃焼式に構成し、水蒸気生成部にて、供給される水を燃焼式の改質部加熱手段から排出される燃焼ガスにて加熱して、改質部における改質処理用の水蒸気を生成するので、余分なエネルギーを消費することなく、改質処理用の水蒸気を生成することができる。しかも、水蒸気生成部は、改質部における変成部が設けられている側とは反対側に設けることから、改質部からの放熱を抑制することができるので、改質部加熱手段におけるエネルギーの消費量を低減することができる。
従って、エネルギー効率を向上して水素含有ガスを生成できるように運転できるようにする上で好ましい具体構成を提供することができる。
【００１１】
〔請求項４記載の発明〕
請求項４に記載の水素含有ガス生成装置の運転制御方法の特徴は、前記脱硫部及び前記変成部としてそれぞれ複数ずつを、前記脱硫部と前記変成部とが交互に並ぶように、且つ、隣接するもの同士で熱伝導可能なように設けることにある。
請求項４に記載の運転制御方法によれば、脱硫部及び変成部としてそれぞれ複数ずつを、脱硫部と変成部とが交互に並ぶように、且つ、隣接するもの同士で熱伝導可能なように設け、複数の脱硫部にて、炭化水素系の原燃料ガスを脱硫処理し、複数の変成部にて、改質処理ガスを変成処理する。
つまり、脱硫処理温度と変成処理温度とは同様の温度範囲にあるので、脱硫部及び変成部としてそれぞれ複数ずつを、脱硫部と変成部とが交互に並ぶように、且つ、隣接するもの同士で熱伝導可能なように設けることにより、改質部と選択酸化部をそれぞれ適正な温度を制御するだけで、複数の脱硫部及び複数の変成部のそれぞれを、温度を制御することなくそれぞれに適正な温度に維持することができ、それら複数の脱硫部にて炭化水素系の原燃料ガスを脱硫処理することにより、脱硫処理能力を向上し、複数の変成部にて改質処理ガスを変成処理することにより、変成処理能力を向上することができる。
しかも、複数の脱硫部及び複数の変成部を、脱硫部と変成部とが交互に並ぶように設けることにより、複数の脱硫部を処理対象ガスが順次流れるように、それらを管路にて接続し、又、複数の変成部を処理対象ガスが順次流れるように、それらを管路にて接続するに当たって、通流経路の順に並ぶもの同士を接続する管路の長さを長くすることが可能となるので、管路接続作業が容易となり、低廉化を図ることが可能となる。
ちなみに、複数の脱硫部及び複数の変成部を、脱硫部同士をまとめて隣接させて設け、変成部同士をまとめて隣接させて設けると、隣接するもの同士を管路にて接続する必要があるので、接続する管路の長さが短くなって、管路接続作業がし難くなる。
従って、簡単な制御にて脱硫処理能力及び変成処理能力を向上するように運転することができる水素含有ガス生成装置の運転制御方法を、低廉化を図りながら提供することができるようになった。
【００１４】
【発明の実施の形態】
〔第１実施形態〕
以下、図面に基づいて、本発明を燃料電池用の水素含有ガス生成装置に適用した場合の第１実施形態を説明する。
図１に示すように、水素含有ガス生成装置Ｐは、供給される天然ガス等の炭化水素系の原燃料ガスを脱硫処理する脱硫部１と、供給される原料水を加熱して水蒸気を生成する水蒸気生成部Ｓと、燃焼式の改質部加熱手段としての燃焼部４にて加熱されて、脱硫部１から供給される脱硫原燃料ガスを水蒸気生成部Ｓで生成された水蒸気を用いて水素ガスと一酸化炭素ガスを含むガスに改質処理する改質部３と、改質部３から供給される改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを水蒸気を用いて二酸化炭素ガスに変成させることにより変成処理する変成部５と、その変成部５から供給される変成処理ガス中の一酸化炭素ガスを選択酸化することにより選択酸化処理する選択酸化部６と、水素含有ガス生成装置の運転を制御する制御部Ｃを備えて構成して、一酸化炭素ガス濃度の低い（例えば１０ｐｐｍ以下）水素リッチな水素含有ガスを生成するように構成してある。
【００１５】
脱硫部１においては、例えば１５０〜２７０°Ｃの範囲の脱硫処理温度で、脱硫触媒にて原燃料ガス中の硫黄化合物が水素化され、その水素化物が酸化亜鉛に吸着されて脱硫される。ちなみに、脱硫部１における脱硫反応は発熱反応である。
【００１６】
改質部３においては、メタンガスを主成分とする天然ガスが原燃料ガスである場合は、改質触媒の触媒作用により、例えば６００〜７００°Ｃの範囲の改質処理温度の下で、メタンガスと水蒸気とが下記の反応式にて改質反応して、水素ガスと一酸化炭素ガスを含むガスに改質処理される。ちなみに、改質部３における改質反応は吸熱反応である。
【００１７】
【化１】
ＣＨ₄ ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ₂
【００１８】
変成部５においては、改質処理ガス中の一酸化炭素ガスと水蒸気とが、変成触媒の触媒作用により、例えば１５０〜２５０°Ｃの範囲の変成処理温度の下で、下記の反応式にて変成反応して、一酸化炭素ガスが二酸化炭素ガスに変成処理される。ちなみに、変成部５における変成反応は発熱反応である。
【００１９】
【化２】
ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂ ＋Ｈ₂
【００２０】
選択酸化部６においては、白金、ルテニウム、ロジウム等の貴金属系の変成触媒の触媒作用によって、例えば８０〜１００°Ｃの範囲の選択酸化処理温度の下で、変成処理ガス中に残っている一酸化炭素ガスが選択酸化される。ちなみに、選択酸化部６における酸化反応は発熱反応である。
【００２１】
そして、水素含有ガス生成装置にて生成された水素含有ガスは燃料ガスとして、燃料ガス路２３を通じて燃料電池Ｇに供給される。燃料電池Ｇは、詳細な説明は省略するが、高分子膜を電解質とする固体高分子型であり、水素含有ガス生成装置Ｐから供給される燃料ガス中の水素と、ブロア（図示せず）から供給される反応用空気中の酸素との電気化学反応により発電するように構成してある。
【００２２】
燃焼部４は、燃料電池Ｇから排出されて、オフガス路２４を通じて供給されるる燃料ガスであるオフガスをガス燃料として燃焼させると共に、改質部３を改質処理可能なように加熱するに当たって、オフガスだけでは不足する分をガス燃料供給路３７を通じて供給される都市ガス（１３Ａ等）をガス燃料として燃焼させる。
【００２３】
水蒸気生成部Ｓは、燃焼部４から排出された燃焼ガスを通流させる水蒸気生成用加熱通流部１１と、供給される原料水を水蒸気生成用加熱通流部１１による加熱にて蒸発させる蒸発処理部２とから構成してある。
【００２４】
更に、水素含有ガス生成装置Ｐには、改質部３から排出された高温の改質処理ガスを通流させて、改質部３を保温する保温用通流部７と、脱硫部１からの脱硫原燃料ガスと改質部３からの高温の改質処理ガスとを熱交換させて、改質部３に供給される脱硫原燃料ガスを予熱する脱硫原燃料ガス用熱交換器Ｅｐ（熱交換部に相当する）と、改質部３からの高温の改質処理ガスと脱硫部１に供給される原燃料ガスを熱交換させて原燃料ガスを予熱する原燃料ガス用熱交換器Ｅａと、変成部５を冷却するために冷却用流体を通流させる変成部冷却用通流部８と、同じく、変成部５を冷却するために冷却用流体を通流させる変成部冷却用通流部９と、選択酸化部６を冷却する選択酸化部冷却手段としての冷却用ファン１０とを設けてある。
又、変成部５から排出された変成処理ガスと、水蒸気生成部Ｓへ供給する原料水とを熱交換させて、原料水を予熱する原料水予熱用熱交換器１７を設けてある。
【００２５】
脱硫原燃料ガス用熱交換器Ｅｐは、保温用通流部７から排出された改質処理ガスを通流させる上流側改質処理ガス通流部１２と、改質部３に供給する脱硫原燃料ガスを通流させる脱硫原燃料ガス通流部１３とを熱交換自在に設けて構成し、原燃料ガス用熱交換器Ｅａは、上流側改質処理ガス通流部１２から排出された改質処理ガスを通流させる下流側改質処理ガス通流部１５と、脱硫部１に供給する原燃料ガスを通流させる原燃料ガス通流部１６とを熱交換自在に設けて構成してある。
【００２６】
起動時に、脱硫部１を脱硫処理可能なように加熱する脱硫部用ヒータ３２、変成部を変成処理可能なように加熱する２個の変成部用ヒータ３３を設けてあり、それらヒータ３２，３３は電気ヒータから成る。
【００２７】
第１実施形態においては、改質部３、脱硫部１、変成部５及び選択酸化部６を、改質部３と選択酸化部６との間に脱硫部１及び変成部５が位置し、且つ、隣接するもの同士で熱伝導可能なように設け、改質部３を改質処理に適正な温度に維持するように、燃焼部４の加熱能力を調節し、且つ、選択酸化部６を選択酸化処理に適正な温度に維持するように、冷却用ファン１０の通風量を調節して冷却能力を調節することにより、脱硫部１及び変成部５がそれぞれの処理に適正な温度になるように、隣接するもの同士の伝熱状態を予め設定してある。
【００２８】
説明を加えると、図１に示すように、水素含有ガス生成装置Ｐは、矩形板状の偏平な容器Ｂの複数を板状形状の厚さ方向に並べて設けて、各容器Ｂを用いて、脱硫部１、改質部３、燃焼部４、変成部５、選択酸化部６、水蒸気生成部Ｓ、各通流部等を夫々構成してある。
複数の容器Ｂのうちの一部は、一つの室を備えるように形成した単室具備容器Ｂｍにて構成し、残りは、区画された二つの室を備えるように形成した双室具備容器Ｂｄにて構成してある。
【００２９】
図２に示すように、双室具備容器Ｂｄは、一対の皿形状容器形成部材４１の間に平板状の仕切り部材４３を位置させた状態で、周辺部を溶接接続して、二つの偏平な室を区画形成し、図３に示すように、単室具備容器Ｂｍは、皿形状容器形成部材４１と平板状容器形成部材４２とを周辺部を溶接接続して、一つの偏平な室を区画形成してある。
各単室具備容器Ｂｍや、各双室具備容器Ｂｄには、必要に応じて、流体供給用や流体排出用の接続ノズル４４を内部の室と連通する状態で取り付けてある。
又、図示を省略するが、必要に応じて、容器Ｂの室内を蛇行状流路になるように構成して、流体の通流経路を長くしている。
【００３０】
図１に示すように、本第１実施形態においては、８個の双室具備容器Ｂｄと、１個の単室具備容器Ｂｍを、側面視において左端から３個目に単室具備容器Ｂｍを位置させた状態で、横方向に厚さ方向に並べて設けて、コンパクトに形成してある。
８個の双室具備容器Ｂｄの区別が明確になるように、便宜上、双室具備容器を示す符号Ｂｄの後に、左からの並び順を示す符号１，２，３……………８を付す。
【００３１】
左端の双室具備容器Ｂｄ１にて水蒸気生成部Ｓを構成してあり、その双室具備容器Ｂｄ１の左側の室を備えた部分を用いて、水蒸気生成用加熱通流部１１を構成し、右側の室を備えた部分を用いて蒸発処理部２を構成し、両室内にステンレスウール等からなる伝熱促進材を通気可能な状態で充填してある。
左から２個目の双室具備容器Ｂｄ２の左側の室を備えた部分を用いて燃焼部４を構成し、右側の室を備えた部分を用いて改質部３を構成してある。燃焼部４を構成する左側の室を、燃焼室に構成すると共に、その燃焼室内でガス燃料を燃焼させるように改質用バーナ４ｂを設け、改質部３を構成する右側の室には、ルテニウム、ニッケル、白金等の改質用触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体の多数を通気可能な状態で充填してある。
単室具備容器Ｂｍを用いて、保温用通流部７を構成してある。
【００３２】
左から３個目の双室具備容器Ｂｄ３の左側の室を備えた部分を用いて、上流側改質処理ガス通流部１２を構成し、右側の室を備えた部分を用いて、脱硫原燃料ガス通流部１３を構成してある。両室内には、ステンレスウール等からなる伝熱促進材を通気可能な状態で充填してある。
【００３３】
左から４個目の双室具備容器Ｂｄ４の左側の室を備えた部分を用いて、脱硫部１を構成し、右側の室を備えた部分を用いて、原燃料ガス通流部１６を構成してある。脱硫部１を構成する左側の室内には、脱硫用触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体の多数を通気可能な状態で充填してある。
【００３４】
左から５個目の双室具備容器Ｂｄ５の左側の室を備えた部分を用いて、下流側改質処理ガス通流部１５を構成し、右側の室を備えた部分を用いて、変成部５を構成してある。
左から６個目の双室具備容器Ｂｄ６の左側の室を備えた部分を用いて、変成部５を構成し、右側の室を備えた部分を用いて、変成部冷却用通流部８を構成してある。
左から７個目の双室具備容器Ｂｄ７を用いて、変成部５を構成してある。変成部を構成する各室内には、酸化鉄又は銅亜鉛の変成反応用触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体の多数を通気可能な状態で充填してある。
つまり、変成部５は、左から５個目の双室具備容器Ｂｄ５、左から６個目の双室具備容器Ｂｄ６及び左から７個目の双室具備容器Ｂｄ７を用いて構成して、変成部５は３台設けてある。
【００３５】
左から８個目（右端）の双室具備容器Ｂｄ８の左側の室を備えた部分を用いて、変成部冷却用通流部９を構成し、右側の室を備えた部分を用いて選択酸化部６を構成してある。選択酸化部６を構成する室内には、ルテニウムの選択酸化用触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体の多数を通気可能な状態で充填してある。
【００３６】
つまり、燃焼部４及び改質部３を構成する双室具備容器Ｂｄ２の一方側に、その双室具備容器Ｂｄ２の側から、保温用通流部７を構成する単室具備容器Ｂｍ、断熱材１９、上流側改質処理ガス通流部１２及び脱硫原燃料ガス通流部１３、即ち脱硫原燃料ガス用熱交換器Ｅｐを構成する双室具備容器Ｂｄ３、断熱材１９、脱硫部１及び原燃料ガス通流部１６を構成する双室具備容器Ｂｄ４、下流側改質処理ガス通流部１５及び変成部５を構成する双室具備容器Ｂｄ５、変成部５及び変成部冷却用通流部８を構成する双室具備容器Ｂｄ６、変成部５を構成する双室具備容器Ｂｄ７、変成部冷却用通流部９及び選択酸化部６を構成する双室具備容器Ｂｄ８を記載順に並ぶように互いに密接配置して設け、双室具備容器Ｂｄ２の他方側に、その双室具備容器Ｂｄ２の側から、断熱材１９、水蒸気生成部Ｓを構成する双室具備容器Ｂｄ１を記載順に並ぶように密接配置して設けてある。
【００３７】
脱硫部用ヒータ３２は、脱硫部１を構成する左から４個目の双室具備容器Ｂｄ４とそれに隣接する断熱材１９との間に設け、一方の変成部用ヒータ３３は、１段目の変成部５を構成する左から５個目の双室具備容器Ｂｄ５と、２段目の変成部５を構成する左から６個目の双室具備容器Ｂｄ６との間に設け、他方の変成部用ヒータ３３は、３段目の変成部５を構成する左から７個目の双室具備容器Ｂｄ７と変成部冷却用通流部９及び選択酸化部６を構成する左から８個目（右端）の双室具備容器Ｂｄ８との間に設けてある。
【００３８】
図４及び図５に示すように、水素含有ガス生成装置Ｐは、複数の容器Ｂ及び断熱材１９等を、上述のように並べて配置位置して、並び方向両端の容器Ｂに一対の保持板４９を各別に当て付けた状態で、それら一対の保持板４９を６組のネジ式連結手段にて連結することにより、一体的に組み付けて構成してある。
ネジ式連結手段は、ボルト４５、一対のナット４６及び一対のスプリングワッシャ４７から成る。
各保持板４９は、Ｌ字状に形成すると共に、各保持板４９は、２本の補強用リブ４８にて補強してある。
そして、ボルト４５の両端夫々を、保持板４９に挿通した状態で、両側からスプリングワッシャ４７を介してナット４６にて締め付けることにより、複数の容器Ｂを並び方向に直交する方向での相対移動を許容する状態で並び方向両側から押し付けるようにしてある。又、スプリングワッシャ４７の伸縮作用により、各容器Ｂの並び方向での膨張収縮も許容するようにしてある。
尚、一対の保持板４９を立設して、その一対の保持板４９にて支持する状態で、水素含有ガス生成装置Ｐを設置する。
【００３９】
図１において、白抜き線矢印にて示すように、原燃料ガス供給路２１を原燃料ガス用熱交換器Ｅａの原燃料ガス通流部１６に接続し、並びに、原燃料ガス通流部１６、脱硫部１、脱硫原燃料ガス用熱交換器Ｅｐの脱硫原燃料ガス通流部１３、改質部３、保温用通流部７、脱硫原燃料ガス用熱交換器Ｅｐの上流側改質処理ガス通流部１２、原燃料ガス用熱交換器Ｅａの下流側改質処理ガス通流部１５、３段の各変成部５、選択酸化部６の順に流れるガス処理経路を形成するように、それらをガス処理用流路２２にて接続してある。
【００４０】
原燃料ガス供給路２１には、水素含有ガス生成装置への原燃料ガスの供給を断続する原燃料ガス断続弁２０を設けてある。
最後段の変成部５と選択酸化部６とを接続するガス処理用流路２２に、後述する原料水供給路２５を流れる原料水を変成処理ガスにて予熱する原料水予熱用熱交換器１７を設けると共に、変成処理ガスから凝縮水を除去するドレントラップ３４を、その原料水予熱用熱交換器１７よりも下流側の箇所に設けてある。
【００４１】
選択酸化部６から排出された選択酸化処理ガスを燃料ガスとして燃料電池Ｇに供給するように、選択酸化部６と燃料電池Ｇとを燃料ガス路２３にて接続し、燃料電池Ｇから排出された排燃料ガスを燃焼部４に供給すべく、燃料電池Ｇと燃焼部４とをオフガス路２４にて接続してある。
オフガス路２４には、ガスの逆流を防止する逆止弁３９を設け、ガス燃料供給路３７を、オフガス路２４における逆止弁３９よりも下流側の箇所に接続すると共に、そのガス燃料供給路３７に、ガス燃料の供給量を調節するガス燃料供給量調整弁３８を設けてある。
【００４２】
図１において、実線矢印にて示すように、原料水ポンプ１４から水蒸気生成用の原料水が送られる原料水供給路２５を水蒸気生成部Ｓの蒸発処理部２に接続し、蒸発処理部２にて生成された水蒸気を送出する水蒸気路２６を、脱硫部１と被改質ガス通流部１３とを接続するガス処理用流路２２に接続して、ガス処理用流路２２を通流する脱硫原燃料ガスに改質用の水蒸気を混合させるように構成してある。
【００４３】
原料水供給路２５の途中に、原料水予熱用熱交換器１７を設け、更に、原料水供給路２５における原料水予熱用熱交換器１７よりも下流側の箇所に、原料水を蛇行状に流す蛇行状通流部１８を設け、その蛇行状通流部１８を、水素含有ガス生成装置Ｐの外壁部のうちの、燃焼部４を覆う箇所に熱伝導可能に当て付けて設けて、水素含有ガス生成装置Ｐの外壁部からの伝導熱及び輻射熱により、蛇行状通流部１８を通流する原料水を予熱するように構成してある。
【００４４】
図１において、破線矢印にて示すように、燃焼部４から排出された燃焼ガスを、水蒸気生成用加熱通流部１１、変成部冷却用通流部８の順に流すように、それら燃焼部４、水蒸気生成用加熱通流部１１、変成部冷却用通流部８を燃焼ガス路２７にて接続して、水蒸気生成用加熱通流部１１においては、燃焼ガスによって蒸発処理部２を加熱し、変成部冷却用通流部８においては、燃焼ガスによって、発熱反応である変成反応が行われる変成部５を冷却するように構成してある。
【００４５】
図１において、一点鎖線矢印にて示すように、ブロア２８からの空気を燃焼用空気として、変成部冷却用通流部９を通流させてから、燃焼部４に供給するように、ブロア２８、変成部冷却用通流部９、燃焼部４を燃焼用空気路２９にて接続すると共に、燃焼用空気を変成部冷却用通流部９を迂回させて通流させるように、燃焼用空気路２９に燃焼用空気バイパス路３０を接続し、ブロア２８からの空気を酸化用空気として選択酸化部６に供給するように、ブロア２８に接続した酸化用空気供給路３１を、最後段の変成部５と選択酸化部６とを接続するガス処理用流路２２に接続してある。
【００４６】
燃焼部４に対して、燃焼用空気を変成部冷却用通流部９を通流させて供給する冷却用供給状態と、変成部冷却用通流部９を迂回させて燃焼用空気バイパス路３０を通じて供給するバイパス供給状態とに切り換えるために、空気経路切り換え用開閉弁３５，３６を設け、更に、燃焼用空気路２９において燃焼用空気バイパス路３０による迂回部分よりも下流側の箇所に、燃焼部４への燃焼用空気の供給を調節する燃焼用空気供給量調整弁４０を設けてある。尚、空気経路切り換え用開閉弁３５，３６は、通常、バイパス供給状態に切り換えるが、変成部５の冷却能力が不足するとき、例えば、夏期の高気温時には、冷却用供給状態に切り換えて、燃焼用空気にて変成部５を冷却する。
【００４７】
更に、改質部３の温度を検出する改質部温度センサＴ１、及び、選択酸化部６の温度を検出する選択酸化部温度センサＴ２を設けてある。
改質部温度センサＴ１は、改質部３における改質処理ガスの出口部付近の温度を検出するように設け、選択酸化部温度センサＴ２は、偏平形状の選択酸化部６における面方向の中央部付近の温度を検出するように設けてある。
【００４８】
要するに、脱硫部１、改質部３、変成部５及び選択酸化部６を、それらのうちで最も高温に維持する必要のある改質部３と、最も低温に維持する必要のある選択酸化部６との間に、それら改質部３の温度と選択酸化部６の温度との間の温度に維持する必要のある脱硫部１と変成部５が記載順に改質部３の側から並んで位置し、且つ、隣接するもの同士で熱伝導可能なように設け、改質部３における脱硫部１が設けられている側とは反対側に、燃焼部３と、それよりも低い温度に維持する必要のある水蒸気生成部Ｓを、記載順に改質部３の側から並び、且つ、隣接するもの同士で伝熱可能なように設けてある。
【００４９】
すると、図８において矢印にて示すように、燃焼部４にて加熱される改質部３から選択酸化部６に向かって、脱硫部１、変成部５を順次伝熱して、選択酸化部６から放熱されると共に、燃焼部４から水蒸気生成部Ｓに向かって伝熱する。
【００５０】
一方、原燃料ガス供給路２１から供給される原燃料ガスは、原燃料ガス用熱交換器Ｅａにて改質処理ガスとの熱交換により予熱した後、脱硫部１に供給して脱硫処理し、その脱硫原燃料ガスを水蒸気路２６からの水蒸気と混合し、続いて、脱硫原燃料ガス用熱交換器Ｅｐにて改質処理ガスとの熱交換により予熱した後、改質部３に供給して燃焼部３にて加熱して改質処理し、その改質処理ガスを、脱硫原燃料ガス用熱交換器Ｅｐにて脱硫原燃料ガスとの熱交換により冷却し、更に、原燃料ガス用熱交換器Ｅａにて原燃料ガスとの熱交換により熱交換した後、３段の変成部５に順次供給して、一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成させて変成処理し、その変成処理ガスを原料水予熱用熱交換器１７にて原料水との熱交換により冷却した後、選択酸化部６に供給して一酸化炭素ガスを選択酸化させて選択酸化処理する。
【００５１】
ちなみに、変成部５における変成反応は、発熱反応であるので、変成部５に供給する改質処理ガスは、脱硫原燃料ガス用熱交換器Ｅｐ及び原燃料ガス用熱交換器Ｅａにて、変成部５における変成処理温度よりも低い温度に、例えば、変成処理温度が２５０°Ｃのときは２００°Ｃ程度に冷却する。同様に、選択酸化部６における酸化反応も発熱反応であるので、選択酸化部６に供給する変成処理ガスは、原料水予熱用熱交換器１７にて、選択酸化部６における選択酸化処理温度よりも低い温度にまで冷却する。
【００５２】
又、燃焼部４から排出された燃焼ガスは、水蒸気生成用加熱通流部１１を通流させて水蒸気生成のために授熱させた後、変成部冷却用通流部８を通流させて、変成部５を冷却する。
【００５３】
そこで、脱硫部１、改質部３、変成部５及び選択酸化部６を上述のように配置した状態で、上述の如き流体の流れを考慮して、隣接するもの同士、即ち、改質部３と脱硫部１との間、脱硫部１と変成部５との間、変成部５と選択酸化部６との間、及び、燃焼部４と水蒸気生成部Ｓとの間のそれぞれの伝熱状態（伝熱量）を適宜に設定することにより、改質部３を改質処理温度に維持するように燃焼部４の加熱能力を調節し、且つ、選択酸化部６を選択酸化処理温度に維持するように冷却用ファン１０の通風量を調節することにより、改質部３と選択酸化部６との間に位置する脱硫部１と変成部５を、温度を制御しなくても成り行きにて、それぞれ脱硫処理温度、変成処理温度に維持することができ、並びに、水蒸気生成部Ｓを成り行きにて水蒸気生成に適正な温度に維持することができるのである。
【００５４】
つまり、改質部３と脱硫部１との間は、改質部３の側から順に並ぶ断熱材１９、脱硫原燃料ガス用熱交換器Ｅｐ及び断熱材１９にて伝熱量を設定し、脱硫部１と変成部５との間は、原燃料ガス用熱交換器Ｅａにて伝熱量を設定し、変成部５と選択酸化部６との間は、変成部冷却用通流部９にて伝熱量を設定し、燃焼部４と水蒸気生成部Ｓとの間は、断熱材１９にて伝熱量を設定してある。
【００５５】
次に、上述のように構成した水素含有ガス生成装置Ｐの運転制御方法について説明する。
水素含有ガス生成装置Ｐを起動するときは、燃料電池Ｇからはオフガスが供給されないので、ガス燃料供給量調整弁３８を開弁して、ガス燃料供給路３７を通じて供給される都市ガスにて燃焼部４を燃焼させて、改質部３を加熱し、脱硫部用ヒータ３２を加熱作動させて、脱硫部１を加熱し、変成部用ヒータ３３を加熱作動させて変成部５を加熱する起動運転制御を行い、その起動運転制御は、改質部温度センサＴ１の検出温度が予め設定した設定改質処理温度になるまで継続する。
【００５６】
起動運転制御が終了すると、脱硫部用ヒータ３２及び変成部用ヒータ３３を停止させ、一方、燃焼部４の燃焼は継続して、原燃料ガス断続弁２０を開弁して原燃料ガスの供給を開始すると共に、原料水ポンプ１４を作動させて原料水の供給を開始して、水素含有ガスを生成するガス生成運転を開始し、以降、ガス生成運転中は、脱硫部用ヒータ３２及び変成部用ヒータ３３を停止させた状態で、燃料電池Ｇから排出されるオフガスを燃焼部４にて燃焼させ、改質部３を改質処理温度に維持するに当たって、オフガスだけでは不足する分をガス燃料供給路３７を通じて都市ガスを燃焼部３に供給して燃焼させる。
【００５７】
次に、ガス生成運転における運転制御方法について説明する。
本発明においては、改質部３を設定改質処理温度に維持するように、燃焼部４の加熱能力を調節し、且つ、選択酸化部６を設定選択酸化処理温度に維持するように、冷却用ファン１０の通風量を調節する。
すると、上述のように、改質部３と脱硫部１との間、脱硫部１と変成部５との間、変成部５と選択酸化部６との間、及び、燃焼部４と水蒸気生成部Ｓとの間のそれぞれの伝熱量を設定してあるので、脱硫部１と変成部５を、温度を制御しなくても成り行きにて、それぞれ脱硫処理温度、変成処理温度に維持することができ、並びに、水蒸気生成部Ｓを成り行きにて水蒸気生成に適正な温度に維持することができる。
【００５８】
本発明においては、制御部Ｃを用いて、上述の如き起動運転における運転制御、及び、ガス生成運転における運転制御を自動的に行わせるように構成してある。
以下、制御部Ｃがガス生成運転における運転制御を実行するときの制御動作について説明する。
制御部Ｃは、改質部温度センサＴ１の検出温度が予め設定した設定改質処理温度になるように、ガス燃料供給量調整弁３８及び燃焼用空気供給量調整弁４０それぞれを制御して、燃焼部４の加熱能力を調節し、並びに、選択酸化部温度センサＴ２の検出温度が予め設定した設定選択酸化処理温度になるように、冷却用ファン１０の作動を制御して冷却用の通風量、即ち、冷却能力を調節する。
【００５９】
燃焼部４の加熱能力の調節について説明を加えると、加熱能力を増大するときは、例えば、都市ガスの供給量を増大するようにガス燃料供給量調整弁３８を制御し、加熱能力を減少するときは、都市ガスの供給量を減少するようにガス燃料供給量調整弁３８を制御する制御、及び、燃焼用空気供給量を増大するように燃焼用空気供給量調整弁４０を制御する制御を、予め設定した条件にて実行する。
【００６０】
以下、上記の運転制御方法にて運転して、水素含有ガス生成装置の性能を検証した結果を説明する。
【００６１】
水素含有ガス生成装置の運転条件は以下の通りである。
原燃料ガス（１３Ａ）流量：４．０Ｌ（標準状態）／ｍｉｎ
オフガス流量：１０．１Ｌ（標準状態）／ｍｉｎ
水蒸気生成用原料水（純水）：１２．０ｃｃ／ｍｉｎ
選択酸化処理用空気流量：０．８Ｌ（標準状態）／ｍｉｎ
【００６２】
そして、図６に示すように、改質部３の温度に応じて、改質部３を設定改質処理温度に維持するための都市ガス（１３Ａ）の供給量、及び、燃焼用空気供給量を設定して、改質部温度制御情報として制御部Ｃに記憶させてある。
制御部Ｃは、改質部温度センサＴ１の検出温度及び記憶している改質部温度制御情報に基づいて、検出温度に応じた都市ガス供給量及び燃焼用空気供給量になるように、ガス燃料供給量調整弁３８及び燃焼用空気供給量調整弁４０それぞれを制御する、所謂フィードフォワード制御を実行する。
又、選択酸化部温度センサＴ２の検出温度が設定選択酸化処理温度になるように、冷却用ファン１０をオンオフさせる。
【００６３】
そして、設定改質処理温度を例えば６４２．９°Ｃに、並びに、設定選択酸化処理温度を例えば９５．０°Ｃに設定して、上述のように制御したときの、脱硫部１、変成部５、及び、水蒸気生成部Ｓの蒸発処理部２の温度は、以下の通りに熱平衡し、それぞれ適正な温度に維持できていることが分かる。
又、そのときの燃焼部４の温度は以下の通りであり、この燃焼部４の温度は、改質部３の温度と相関があるので、上述のように、改質部３を設定改質処理温度になるように燃焼部４の加熱能力を調節するための制御情報として、改質部温度センサＴ１の代わりに、燃焼部４の温度を検出する燃焼部温度センサを設けて、その燃焼部温度センサの検出温度に基づいて、改質部３を設定改質処理温度になるように燃焼部４の加熱能力を調節するように制御することも可能である。
【００６４】
脱硫部１の温度：２６１．８°Ｃ
変成部５の温度：２３８．９°Ｃ
水蒸気生成部Ｓの蒸発処理部２の温度：１３６．９°Ｃ
燃焼部４の温度：８３８．７°Ｃ
【００６５】
以下、本発明の第２実施形態を説明するが、この実施形態においては、第１実施形態と同じ構成要素や同じ作用を有する構成要素については、重複説明を避けるために、同じ符号を付すことにより説明を省略し、主として、第１実施形態と異なる構成を説明する。
【００７６】
〔第２実施形態〕
以下、図面に基づいて、本発明を燃料電池用の水素含有ガス生成装置に適用した場合の第２実施形態を説明する。
図７に示すように、第２実施形態においては、改質部３と選択酸化部６との間に、脱硫部１及び変成部５としてそれぞれ複数（本第２実施形態では３台）ずつを、脱硫部１と変成部５とが交互に並ぶように、且つ、隣接するもの同士で熱伝導可能なように設けてある。
そして、改質部３を改質処理に適正な温度に維持するように、燃焼部４の加熱能力を調節し、且つ、選択酸化部６を選択酸化処理に適正な温度に維持するように、冷却用ファン１０の通風量を調節して冷却能力を調節することにより、複数の脱硫部１がそれぞれ脱硫処理に適正な温度になり、複数の変成部５がそれぞれ変成処理に適正な温度になるように、隣接するもの同士の伝熱状態を予め設定してある。
【００７７】
説明を加えると、図７に示すように、水素含有ガス生成装置Ｐは、矩形板状の偏平な容器Ｂの複数を板状形状の厚さ方向に並べて設けて、各容器Ｂを用いて、脱硫部１、改質部３、燃焼部４、変成部５、選択酸化部６、水蒸気生成部Ｓ、各通流部等を夫々構成してある。第１実施形態と同様に、複数の容器Ｂのうちの一部は単室具備容器Ｂｍにて構成し、残りは双室具備容器Ｂｄにて構成してある。
第２実施形態においては、１０個の双室具備容器Ｂｄと、１個の単室具備容器Ｂｍを、側面視において左端から３個目に単室具備容器Ｂｍを位置させた状態で、横方向に厚さ方向に並べて設けて、コンパクトに形成してある。
１０個の双室具備容器Ｂｄの区別が明確になるように、便宜上、双室具備容器を示す符号Ｂｄの後に、左からの並び順を示す符号１，２，３……………１０を付す。
【００７８】
第１実施形態と同様に、左端の双室具備容器Ｂｄ１にて水蒸気生成部Ｓを構成し、左から２個目の双室具備容器Ｂｄ２を用いて燃焼部４及び改質部３を構成し、単室具備容器Ｂｍを用いて、保温用通流部７を構成し、左から３個目の双室具備容器Ｂｄ３を用いて、脱硫原燃料ガス用熱交換器Ｅｐを構成してある。
【００７９】
左から４個目の双室具備容器Ｂｄ４を用いて、脱硫部１を構成し、左から５個目の双室具備容器Ｂｄ５の左側の室を備えた部分を用いて、脱硫部１を構成し、右側の室を備えた部分を用いて、原燃料ガス通流部１６を構成してある。
左から６個目の双室具備容器Ｂｄ６の左側の室を備えた部分を用いて、下流側改質処理ガス通流部１５を構成し、右側の室を備えた部分を用いて、変成部５を構成してある。
左から７個目の双室具備容器Ｂｄ７を用いて、脱硫部１を構成し、左から８個目の双室具備容器Ｂｄ８の左側の室を備えた部分を用いて、変成部５を構成し、右側の室を備えた部分を用いて変成部冷却用通流部８を構成してある。
左から９個目の双室具備容器Ｂｄ９を用いて、変成部５を構成し、左から１０個目（右端）の双室具備容器Ｂｄ１０の左側の室を備えた部分を用いて、変成部冷却用通流部９を構成し、右側の室を備えた部分を用いて選択酸化部６を構成してある。
つまり、脱硫部１は、左から４個目の双室具備容器Ｂｄ４、左から５個目の双室具備容器Ｂｄ５及び左から７個目の双室具備容器Ｂｄ７を用いて構成して、脱硫部１は３台設けてある。
又、変成部５は、左から６個目の双室具備容器Ｂｄ６、左から８個目の双室具備容器Ｂｄ８及び左から９個目の双室具備容器Ｂｄ９を用いて構成して、変成部５は３台設けてある。
そして、３台の脱硫部１及び３台の変成部５を、脱硫部１と変成部５とが交互に並ぶように設けてある。
【００８０】
つまり、燃焼部４及び改質部３を構成する双室具備容器Ｂｄ２の一方側に、その双室具備容器Ｂｄ２の側から、保温用通流部７を構成する単室具備容器Ｂｍ、断熱材１９、脱硫原燃料ガス用熱交換器Ｅｐを構成する双室具備容器Ｂｄ３、断熱材１９、脱硫部１を構成する双室具備容器Ｂｄ４、脱硫部１及び原燃料ガス通流部１６を構成する双室具備容器Ｂｄ５、下流側改質処理ガス通流部１５及び変成部５を構成する双室具備容器Ｂｄ６、脱硫部１を構成する双室具備容器Ｂｄ７、変成部５及び変成部冷却用通流部８を構成する双室具備容器Ｂｄ８、変成部５を構成する双室具備容器Ｂｄ９、変成部冷却用通流部９及び選択酸化部６を構成する双室具備容器Ｂｄ１０を記載順に並ぶように互いに密接配置して設け、双室具備容器Ｂｄ２の他方側に、その双室具備容器Ｂｄ２の側から、断熱材１９、水蒸気生成部Ｓを構成する双室具備容器Ｂｄ１を記載順に並ぶように密接配置して設けてある。
【００８１】
第２実施形態においては、燃焼部４及び改質部３を構成する双室具備容器Ｂｄ２の仕切り部材４３と、その双室具備容器Ｂｄの燃焼部４の側に隣接する断熱材１９とにわたって、複数の補強部材６３を架け渡してある。そして、それら複数の補強部材６３により、熱膨張による双室具備容器Ｂｄの変形を抑制するように構成してある。
【００８２】
脱硫部用ヒータ３２は、左から４個目の双室具備容器Ｂｄ４と左から５個目の双室具備容器Ｂｄ５との間に設け、一方の変成部用ヒータ３３は、左から６個目の双室具備容器Ｂｄ６と左から７個目の双室具備容器Ｂｄ７との間に設け、他方の変成部用ヒータ３３は、左から９個目の双室具備容器Ｂｄ９と左から１０個目の双室具備容器Ｂｄ１０との間に設けてある。
更に、第２実施形態においては、起動時に、水蒸気生成用加熱通流部１１を加熱する水蒸気生成用ヒータ６０、脱硫原燃料ガス通流部１３を加熱する原燃料ガス用ヒータ６１を設けてある。
【００８３】
原燃料ガス供給路２１を原燃料ガス用熱交換器Ｅａの原燃料ガス通流部１６に接続し、並びに、原燃料ガス通流部１６、３段の脱硫部１、脱硫原燃料ガス用熱交換器Ｅｐの脱硫原燃料ガス通流部１３、改質部３、保温用通流部７、脱硫原燃料ガス用熱交換器Ｅｐの上流側改質処理ガス通流部１２、原燃料ガス用熱交換器Ｅａの下流側改質処理ガス通流部１５、３段の変成部５、選択酸化部６の順に流れるガス処理経路を形成するように、それらをガス処理用流路２２にて接続してある。
３台の脱硫部１及び３台の変成部５を、脱硫部１と変成部５とが交互に並ぶように設けることにより、複数の脱硫部１を処理対象ガスが順次流れるようにそれらをガス処理用流路２２にて接続し、又、複数の変成部５を処理対象ガスが順次流れるようにそれらをガス処理用流路２２にて接続するに当たって、通流経路の順に並ぶもの同士を接続するガス処理用流路２２の長さを長くすることが可能となるので、接続作業が容易となる。
【００８４】
第２実施形態においては、変成部冷却用通流部８から燃焼ガス路２７を通じて排出された燃焼ガスと、燃焼用空気路２９を通じて燃焼部４に供給する燃焼用空気及びオフガス路２４を通じて燃焼部４に供給するオフガスとを熱交換させて、燃焼用空気及びオフガスを予熱する排熱回収用熱交換器６２を設けてある。
尚、図示は省略するが、第１実施形態と同様に、燃焼用空気バイパス路３０、及び、空気経路切り換え用開閉弁３５，３６を設けてある。
【００８５】
燃焼部４にて加熱される改質部３から選択酸化部６に向かって、脱硫部１、変成部５、脱硫部１、変成部５を順次伝熱して、選択酸化部６から放熱されると共に、燃焼部４から水蒸気生成部Ｓに向かって伝熱する。
一方、原燃料ガス供給路２１から供給される原燃料ガスは、原燃料ガス用熱交換器Ｅａにて改質処理ガスとの熱交換により予熱した後、３段の脱硫部１に順次供給して脱硫処理し、その脱硫原燃料ガスを水蒸気路２６からの水蒸気と混合し、続いて、脱硫原燃料ガス用熱交換器Ｅｐにて改質処理ガスとの熱交換により予熱した後、改質部３に供給して燃焼部３にて加熱して改質処理し、その改質処理ガスを、脱硫原燃料ガス用熱交換器Ｅｐにて脱硫原燃料ガスとの熱交換により冷却し、更に、原燃料ガス用熱交換器Ｅａにて原燃料ガスとの熱交換により熱交換した後、３段の変成部５に順次供給して、一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成させて変成処理し、その変成処理ガスを原料水予熱用熱交換器１７にて原料水との熱交換により冷却した後、選択酸化部６に供給して一酸化炭素ガスを選択酸化させて選択酸化処理する。
【００８６】
そこで、３台の脱硫部１、改質部３、３台の変成部５及び選択酸化部６を上述のように配置した状態で、上述の如き流体の流れを考慮して、隣接するもの同士間のそれぞれの伝熱状態（伝熱量）を適宜に設定することにより、改質部３を改質処理温度に維持するように燃焼部４の加熱能力を調節し、且つ、選択酸化部６を選択酸化処理温度に維持するように冷却用ファン１０の通風量を調節することにより、改質部３と選択酸化部６との間に位置する３台の脱硫部１と３台の変成部５を、温度を制御しなくても成り行きにて、それぞれ脱硫処理温度、変成処理温度に維持することができ、並びに、水蒸気生成部Ｓを成り行きにて水蒸気生成に適正な温度に維持することができるのである。
【００８７】
制御部Ｃがガス生成運転における運転制御を実行するときの制御動作は、上記の第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００８８】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
【００９３】
（イ） 燃焼部４の加熱能力を調節するための制御として、上記の実施形態においては、都市ガスの供給量を減少するようにガス燃料供給量調整弁３８を制御する制御、及び、燃焼用空気供給量を増大するように燃焼用空気供給量調整弁４０を制御する制御を併用する場合について例示したが、都市ガスの供給量を減少するようにガス燃料供給量調整弁３８を制御のみを行うように構成しても良い。
あるいは、燃焼部４に対するオフガスの供給量を調節するオフガス供給量調整弁を設けて、そのオフガス供給量調整弁の制御によるオフガス供給量の調節により、燃焼部４の加熱能力を調節するように構成しても良い。
【００９４】
（ロ） 改質部３を改質処理温度に維持すべく燃焼部４の加熱能力を調節するた
めの制御形態は、上記の実施形態において例示した如きフィードフォワード制御に限定されるものではなく、改質部温度センサＴ１の検出温度と改質処理温度とを比較して、検出温度が改質処理温度よりも高いときは加熱能力を減少し、検出温度が改質処理温度よりも低いときは加熱能力を増大するようにガス燃料供給量調整弁３８及び燃焼用空気供給量調整弁４０を制御するフィードバック制御を行うようにしたり、あるいは、フィードフォワード制御及びフィードバック制御の両方を行うようにしても良い。
【００９５】
（ハ） 改質部温度センサＴ１及び選択酸化部温度センサＴ２それぞれの温度検出位置は、上記の実施形態において例示した位置に限定されるものではなく、適宜変更可能である。
【００９６】
（ニ） 上記の第１実施形態においては、変成部５を３段に設ける場合について例示したが、変成部５を複数段に設ける場合の段数は適宜変更可能であり、あるいは、変成部５を１段に設けても良い。
又、上記の第２実施形態においては、脱硫部１及び変成部５をそれぞれ３台設ける場合について例示したが、脱硫部１及び変成部５を複数台設ける場合の台数は適宜変更可能であり、脱硫部１と変成部５の台数を異ならせても良い。又、脱硫部１と変成部５とを交互に並べるに当たって、その形態は上記の第２実施形態において例示した形態に限定されるものではなく、１台ずつ交互に並べても良い。
【００９７】
（ホ） 改質部加熱手段の具体構成は、上記の実施形態にて例示した如き燃焼式の改質部加熱手段である燃焼部４に限定されるものではなく、例えば、電気ヒータにて構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態に係る水素含有ガス生成装置の縦断側面図
【図２】 水素含有ガス生成装置を構成する双室具備容器の斜視図
【図３】 水素含有ガス生成装置を構成する単室具備容器の斜視図
【図４】 第１実施形態に係る水素含有ガス生成装置の側面図
【図５】 第１実施形態に係る水素含有ガス生成装置の正面図
【図６】 改質部の温度と都市ガス供給量及び燃焼用空気供給量それぞれとの関係を示す図
【図７】 第２実施形態に係る水素含有ガス生成装置の縦断側面図
【図８】 水素含有ガス生成装置における伝熱を説明する図
【図９】 水素含有ガス生成装置における伝熱を説明する図
【符号の説明】
１ 脱硫部
３ 改質部
４ 改質部加熱手段
５ 変成部
６ 選択酸化部
１０ 選択酸化部冷却手段
Ｅｐ 熱交換部
Ｓ 水蒸気生成部

Claims (4)

1. 改質部加熱手段にて加熱されて、炭化水素系の原燃料ガスを水蒸気にて水素ガスと一酸化炭素ガスを含むガスに改質処理する改質部と、前記改質部から供給される改質処理ガスをその改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成させることにより変成処理する変成部と、その変成部から供給される変成処理ガスをその変成処理ガス中の一酸化炭素を選択酸化することにより選択酸化処理する選択酸化部が設けられた水素含有ガス生成装置の運転制御方法であって、
   前記選択酸化部を冷却する選択酸化部冷却手段を設け、
   前記改質部、前記変成部及び前記選択酸化部を、前記改質部と前記選択酸化部との間に前記変成部が位置し、且つ、隣接するもの同士で熱伝導可能なように設け、
   炭化水素系の原燃料ガスを脱硫処理する脱硫部にて脱硫処理した脱硫原燃料ガスを、前記改質部で改質処理する炭化水素系の原燃料ガスとして供給し、
   前記改質部と前記選択酸化部との間に、前記脱硫部及び前記変成部を並べて、且つ、隣接するもの同士で熱伝導可能なように設け、
   前記脱硫部からの脱硫原燃料ガスと前記改質部からの改質処理ガスとを熱交換させる熱交換部を、前記改質部と前記脱硫部との間に設け、
   前記改質部と前記脱硫部との間は、前記改質部の側から順に並ぶ断熱材、前記熱交換部及び断熱材にて伝熱量を設定し、
   前記改質部を改質処理に適正な温度に維持するように、前記改質部加熱手段の加熱能力を調節し、且つ、前記選択酸化部を選択酸化処理に適正な温度に維持するように、前記選択酸化部冷却手段の冷却能力を調節し、
   前記選択酸化部冷却手段が、通風量の調節により冷却能力を調節する冷却用ファンであり、
   前記改質部加熱手段をガス燃料を燃焼させる燃焼式に構成し、
   前記変成部を冷却するための変成部冷却用通流部を前記変成部と前記選択酸化部との間に設け、
   ブロアからの空気を前記変成部冷却用通流部を通流させてから前記改質部加熱手段に供給する燃焼用空気路に、前記変成部冷却用通流部を迂回させて前記ブロアからの空気を通流させる燃焼用空気バイパス路を接続し、
   前記燃焼用空気路を通して前記ブロアからの空気を通流させる冷却用供給状態と、前記燃焼用空気バイパス路を通して前記ブロアからの燃焼用空気を通流させるバイパス供給状態とに切換える空気経路切り換え用開閉弁を設け、
   前記バイパス供給状態では前記変成部の冷却能力が不足するときには、前記冷却用供給状態に切り換える水素含有ガス生成装置の運転制御方法。
2. 前記改質部、前記熱交換部、前記脱硫部、前記変成部及び前記選択酸化部を、外形形状が偏平な板状になるように構成し、それら板状の前記改質部、前記熱交換部、前記脱硫部、前記変成部及び前記選択酸化部を厚さ方向に並設する請求項１記載の水素含有ガス生成装置の運転制御方法。
3. 前記改質部における前記変成部が設けられている側とは反対側に、供給される水を前記燃焼式の改質部加熱手段から排出される燃焼ガスにて加熱して、前記改質部における改質処理用の水蒸気を生成する水蒸気生成部を設ける請求項１又は２記載の水素含有ガス生成装置の運転制御方法。
4. 前記脱硫部及び前記変成部としてそれぞれ複数ずつを、前記脱硫部と前記変成部とが交互に並ぶように、且つ、隣接するもの同士で熱伝導可能なように設ける請求項１〜３のいずれか１項に記載の水素含有ガス生成装置の運転制御方法。

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