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JP4833647B2 - Hydrogen production apparatus and fuel cell power generation apparatus including the same - Google Patents
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JP4833647B2 JP2005344428A JP2005344428A JP4833647B2 JP 4833647 B2 JP4833647 B2 JP 4833647B2 JP 2005344428 A JP2005344428 A JP 2005344428A JP 2005344428 A JP2005344428 A JP 2005344428A JP 4833647 B2 JP4833647 B2 JP 4833647B2
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Description

本発明は、水素製造装置及びその水素製造装置を備える燃料電池発電装置に関する。   The present invention relates to a hydrogen production apparatus and a fuel cell power generation apparatus including the hydrogen production apparatus.

燃料電池に供給する水素を生成する水素製造装置は、一般に水蒸気改質反応が用いられている。この水蒸気改質反応は、例えば、予熱部で蒸発した改質用水と炭素及び水素から構成される化合物を含む原料とを改質部に充填されたルテニウム触媒を用いて600℃以上800℃以下程度の高温で反応させることにより、水素を主成分とした改質ガスを生成するものである。   In general, a steam reforming reaction is used in a hydrogen production apparatus that generates hydrogen to be supplied to a fuel cell. This steam reforming reaction is performed, for example, by using a ruthenium catalyst filled in the reforming portion with water for reforming evaporated in the preheating portion and a raw material containing a compound composed of carbon and hydrogen. A reformed gas containing hydrogen as a main component is generated by reacting at a high temperature.

ところで、燃料電池発電装置が電力負荷に応じた所定量の発電を行うには、水素製造装置の改質部によって生成される水素量を的確に制御する必要がある。生成される水素量は、原料と水蒸気の供給量及び改質部の温度によって決まる。このため、改質部の温度を測定し、その温度を正確に制御する必要がある。   By the way, in order for the fuel cell power generation device to generate a predetermined amount of power according to the power load, it is necessary to accurately control the amount of hydrogen generated by the reforming unit of the hydrogen production device. The amount of hydrogen produced is determined by the feed rate of raw materials and steam and the temperature of the reforming section. For this reason, it is necessary to measure the temperature of the reforming section and accurately control the temperature.

特許文献1には、改質部の温度を測定するために、改質触媒層に熱電対を挿入し、その挿入箇所の温度を測定する水素製造装置が記載されており、このような構成の水素製造装置では、改質部の温度を測定した場合、その測定箇所により温度が異なることが記載されている。   Patent Document 1 describes a hydrogen production apparatus in which a thermocouple is inserted into the reforming catalyst layer and the temperature at the insertion location is measured in order to measure the temperature of the reforming section. In the hydrogen production apparatus, it is described that when the temperature of the reforming section is measured, the temperature varies depending on the measurement location.

このような問題に対して、特許文献1では、改質触媒層の下流部で改質ガスの流れが集合する出口部を設け、この出口部に設けた温度検知手段により改質部の温度を測定する水素製造装置が提案されている。   In order to solve such a problem, in Patent Document 1, an outlet portion where the flow of the reformed gas gathers is provided at the downstream portion of the reforming catalyst layer, and the temperature of the reforming portion is controlled by the temperature detection means provided at the outlet portion. A hydrogen production apparatus for measuring has been proposed.

図8は、特許文献1に開示された水素製造装置の構成を模式的に示す断面図である。   FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the hydrogen production apparatus disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG.

図8に示すように、この従来の水素製造装置は、円筒状の外筒73と内筒74とを備えている。外筒73の外側には、断熱材76が外筒73を覆うように設けられている。また、外筒73の上部には、原料及び水蒸気を供給するための入口部79が設けられ、下部には、改質ガスが流出する筒状の出口部80が設けられている。外筒73と内筒74との間隙には、改質触媒が充填されており、この改質触媒によって改質触媒層71が形成されている。改質触媒層71の下流端には、開口部を有し、かつ、改質触媒を保持する固定板84が設けられている。固定板84の下方には、生成された改質ガスを拡散する空間部83が設けられている。改質触媒層71と固定板84と空間部83とから、改質部が構成されている。   As shown in FIG. 8, this conventional hydrogen production apparatus includes a cylindrical outer cylinder 73 and an inner cylinder 74. A heat insulating material 76 is provided outside the outer cylinder 73 so as to cover the outer cylinder 73. In addition, an upper part of the outer cylinder 73 is provided with an inlet part 79 for supplying raw materials and water vapor, and a lower part is provided with a cylindrical outlet part 80 through which the reformed gas flows out. A gap between the outer cylinder 73 and the inner cylinder 74 is filled with a reforming catalyst, and a reforming catalyst layer 71 is formed by the reforming catalyst. At the downstream end of the reforming catalyst layer 71, a fixing plate 84 having an opening and holding the reforming catalyst is provided. A space 83 for diffusing the generated reformed gas is provided below the fixed plate 84. A reforming portion is constituted by the reforming catalyst layer 71, the fixing plate 84, and the space portion 83.

外筒73に設けられた出口部80の外表面には、くぼみ部81が設けられており、くぼみ部81に密接するように熱電対77が配設されている。熱電対77は、改質ガスからの伝熱により熱せられた出口部80の周壁を介して、改質部の温度を測定し、測定したデータは、制御部78に伝達される。制御部78では、測定された温度データに基づいて燃料調節弁82を制御して、改質部の温度を制御する。   A recessed portion 81 is provided on the outer surface of the outlet portion 80 provided in the outer cylinder 73, and a thermocouple 77 is disposed so as to be in close contact with the recessed portion 81. The thermocouple 77 measures the temperature of the reforming section through the peripheral wall of the outlet section 80 heated by heat transfer from the reformed gas, and the measured data is transmitted to the control section 78. The control unit 78 controls the fuel control valve 82 based on the measured temperature data to control the temperature of the reforming unit.

かかる構成においては、生成された改質ガスが、空間部83で拡散し均一な流れとなり、下流側の出口部80で集合した流れとなるため、出口部80では、改質ガスの流れが一様なものとなり、その温度分布も均一化される。このため、出口部80の外表面のどの部分で温度を測定しても、均一な温度を測定することができる。
特許第3408521号
In such a configuration, the generated reformed gas is diffused in the space portion 83 to become a uniform flow, and a flow that gathers at the outlet portion 80 on the downstream side. Therefore, the flow of the reformed gas is uniform at the outlet portion 80. The temperature distribution becomes uniform. For this reason, even if it measures temperature in any part of the outer surface of the exit part 80, uniform temperature can be measured.
Japanese Patent No. 3408521

しかしながら、特許文献1で開示されている水素製造装置では、改質ガスを1つにまとめる出口部80を設けているため、出口部80付近の空間の方が、外筒73の中心軸に対して出口部80付近の反対側の空間より改質ガスの流れが速いため、これらの部分間で温度差が生じる。このため、出口部80の周壁の温度を測定しても、改質部の温度分布を反映していないので、改質部の温度を正確に測定することができないという問題があった。   However, in the hydrogen production apparatus disclosed in Patent Document 1, since the outlet portion 80 that combines the reformed gases into one is provided, the space near the outlet portion 80 is closer to the central axis of the outer cylinder 73. Since the flow of the reformed gas is faster than the space on the opposite side near the outlet portion 80, a temperature difference occurs between these portions. For this reason, even if the temperature of the peripheral wall of the outlet part 80 is measured, the temperature distribution of the reforming part is not reflected, so that there is a problem that the temperature of the reforming part cannot be measured accurately.

また、特許文献1で開示されている水素製造装置では、出口部に単一の温度検出手段として1つの熱電対が設けられているため、その熱電対の交換時期が、温度測定ができなくなって初めてわかるので、安全に水素製造装置及び燃料電池発電装置を運転できないという問題があった。   Moreover, in the hydrogen production apparatus disclosed in Patent Document 1, since one thermocouple is provided as a single temperature detecting means at the outlet, the temperature of the thermocouple must be changed, making it impossible to measure the temperature. Since it was understood for the first time, there was a problem that the hydrogen production apparatus and the fuel cell power generation apparatus could not be operated safely.

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、改質部の温度を正確に測定することができる水素製造装置及びそれを備える燃料電池発電装置を提供することを第一の目的とする。また、本発明は、改質部の温度制御を正確に行うことにより、安全に運転できる水素製造装置及びそれを備える燃料電池発電装置を提供することを第二の目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above problems, and has as its first object to provide a hydrogen production apparatus capable of accurately measuring the temperature of the reforming section and a fuel cell power generation apparatus including the same. To do. In addition, a second object of the present invention is to provide a hydrogen production apparatus that can be operated safely by accurately controlling the temperature of the reforming section, and a fuel cell power generation apparatus including the same.

上記課題を解決するために、本発明に係る水素製造装置は、内筒及び外筒と、前記内筒と前記外筒との間の筒状空間に改質触媒層を有し、該改質触媒層を流れる水蒸気及び原料を改質して水素リッチな改質ガスを生成する改質部と、前記改質触媒層から流出する改質ガスの流れと衝突する面を有する底板とを備え、前記内筒の前記改質ガスの流れに対して下流側は閉鎖され、前記外筒の下流側に、該外筒の全周に亘って形成された改質ガス流出口を有することで前記底板に衝突した改質ガスが前記改質ガス流出口を介して前記外筒の外側に流出するように構成され、かつ、前記底板の前記衝突する面と反対側の外面に前記改質部の温度を検出するための改質温度測定部を備える。   In order to solve the above-described problems, a hydrogen production apparatus according to the present invention includes an inner cylinder and an outer cylinder, and a reforming catalyst layer in a cylindrical space between the inner cylinder and the outer cylinder. A reforming section for reforming water vapor and raw material flowing through the catalyst layer to generate a hydrogen-rich reformed gas, and a bottom plate having a surface that collides with the flow of the reformed gas flowing out from the reforming catalyst layer, The bottom plate is closed with respect to the flow of the reformed gas in the inner cylinder, and has a reformed gas outlet formed over the entire circumference of the outer cylinder on the downstream side of the outer cylinder. The reformed gas that has collided with the outer wall of the outer cylinder is configured to flow out to the outside of the outer cylinder through the reformed gas outlet, and the temperature of the reforming section is on the outer surface of the bottom plate opposite to the colliding surface. The reforming temperature measurement part for detecting this is provided.

かかる構成とすると、改質部の温度を正確に測定し、その温度制御を正確に行うことにより、安全に運転できる。   With such a configuration, it is possible to operate safely by accurately measuring the temperature of the reforming section and accurately controlling the temperature.

前記改質ガス流出口は、前記底板と前記外筒の前記改質ガスの流れに対して下流側の端との間に前記外筒の全周に亘って形成された間隙であることが好ましい。   The reformed gas outlet is preferably a gap formed over the entire circumference of the outer cylinder between the bottom plate and the downstream end of the outer cylinder with respect to the reformed gas flow. .

前記改質ガス流出口は、前記改質触媒層の下流端よりも下流側に、前記外筒の全周に亘って形成された開口部であることが好ましい。   It is preferable that the reformed gas outlet is an opening formed over the entire circumference of the outer cylinder on the downstream side of the downstream end of the reforming catalyst layer.

前記改質ガス流出口は、前記改質触媒層の下流端よりも下流側に、前記外筒の全周に亘って形成された間隙であることが好ましい。   The reformed gas outlet is preferably a gap formed over the entire circumference of the outer cylinder on the downstream side of the downstream end of the reforming catalyst layer.

前記開口部又は前記間隙は、前記底板の近傍に形成されていることが好ましい。
The opening or the gap, Tei Rukoto formed in the vicinity of the bottom plate is preferred.

前記改質温度測定部は断熱部材で覆われていることが好ましい。   The reforming temperature measurement unit is preferably covered with a heat insulating member.

前記底板の外面に複数の前記改質温度測定部が配設されていることが好ましい。   It is preferable that a plurality of the reforming temperature measuring units are disposed on the outer surface of the bottom plate.

かかる構成とすると、改質部の温度をより正確に測定することができ、また、改質温度測定部が複数設置されていることから、改質温度測定部の1つが故障しても運転することができ、より安全に装置を運転することができる。   With such a configuration, the temperature of the reforming unit can be measured more accurately, and since a plurality of reforming temperature measuring units are installed, the reforming unit can be operated even if one of the reforming temperature measuring units fails. And the device can be operated more safely.

前記底板の外面における、前記外筒または内筒の中心軸を中心とする同一円周上に前記改質温度測定部が配設されていることが好ましい。   It is preferable that the reforming temperature measuring unit is disposed on the same circumference around the central axis of the outer cylinder or the inner cylinder on the outer surface of the bottom plate.

前記底板の外面に凹部が形成され、該凹部に前記改質温度測定部が配設されていることが好ましい。   It is preferable that a recess is formed on the outer surface of the bottom plate, and the reforming temperature measurement unit is disposed in the recess.

前記複数の改質温度測定部で検出される温度の差異が予め設定された値以上に達した場合に、メンテナンス信号を発する制御部を備えることが好ましい。   It is preferable to include a control unit that issues a maintenance signal when a difference in temperature detected by the plurality of reforming temperature measuring units reaches a preset value or more.

また、本発明の燃料電池発電装置は、前記水素製造装置と、前記水素製造装置から供給される燃料ガスを用いて発電する燃料電池と、を備えている。   The fuel cell power generation device of the present invention includes the hydrogen production device and a fuel cell that generates power using fuel gas supplied from the hydrogen production device.

これにより、信頼性が高く良好なコージュネレーション運転を安定して行うことができる。   Thereby, reliable and favorable coordination operation can be performed stably.

本発明の水素製造装置によれば、改質部の温度を正確に検出することが可能となる。また、本発明の水素製造装置によれば、改質部の温度制御を正確に行うことにより、安全に運転することが可能となる。さらに、このような水素製造装置を備えた本発明の燃料電池発電装置によれば、信頼性が高く良好なコージュネレーション運転を安定して行うことが可能となる。   According to the hydrogen production apparatus of the present invention, the temperature of the reforming section can be accurately detected. Moreover, according to the hydrogen production apparatus of the present invention, it is possible to operate safely by accurately controlling the temperature of the reforming section. Furthermore, according to the fuel cell power generation apparatus of the present invention provided with such a hydrogen production apparatus, it is possible to stably perform a reliable and favorable cogeneration operation.

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、図1乃至図5においては、その構成を模式的に示すものであって、個々の構成要素の大きさを示すものではない。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る燃料電池発電装置の構成を示す模式図である。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in FIG. 1 thru | or FIG. 5, the structure is shown typically and the magnitude | size of each component is not shown.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a fuel cell power generator according to Embodiment 1 of the present invention.

まず、本実施の形態1に係る燃料電池発電装置の構成について、図1を参照しながら説明する。   First, the configuration of the fuel cell power generator according to Embodiment 1 will be described with reference to FIG.

図1に示すように、本実施の形態に係る燃料電池発電装置は、燃料電池21と、図示されない酸化剤ガス供給部と、水素製造装置1と、改質温度測定部17と、制御部22と、を有している。   As shown in FIG. 1, the fuel cell power generation device according to the present embodiment includes a fuel cell 21, an oxidant gas supply unit (not shown), a hydrogen production device 1, a reforming temperature measurement unit 17, and a control unit 22. And have.

水素製造装置1は、原料供給部24と、水供給部23と、加熱部25と、予熱部26と、改質部31と変成部4と、浄化部5と、を有している。   The hydrogen production apparatus 1 includes a raw material supply unit 24, a water supply unit 23, a heating unit 25, a preheating unit 26, a reforming unit 31, a transformation unit 4, and a purification unit 5.

原料供給部24は、少なくとも炭素及び水素から構成される化合物を含む原料を余熱部26に供給する。ここで、少なくとも炭素及び水素から構成される化合物としては、例えばメタン、エタン、プロパンなどの炭化水素、メタノールなどのアルコール類、灯油やLPG(液化石油ガス)などが挙げられる。   The raw material supply unit 24 supplies a raw material including a compound composed of at least carbon and hydrogen to the preheating unit 26. Here, examples of the compound composed of at least carbon and hydrogen include hydrocarbons such as methane, ethane and propane, alcohols such as methanol, kerosene and LPG (liquefied petroleum gas).

水供給部23は、改質用の水を予熱部26に供給する。予熱部26では、供給された改質用の水が蒸発され、水蒸気が生成される。そして、予熱部26では、生成された水蒸気が原料供給部24から供給された原料と混合され、この混合ガスが改質部31に供給される。   The water supply unit 23 supplies reforming water to the preheating unit 26. In the preheating unit 26, the supplied water for reforming is evaporated to generate water vapor. In the preheating unit 26, the generated water vapor is mixed with the raw material supplied from the raw material supply unit 24, and this mixed gas is supplied to the reforming unit 31.

改質部31では、加熱部25で生成された燃焼ガスの伝熱を利用して、供給された混合ガス中の原料と水蒸気とを改質反応させることにより水素リッチな改質ガスが生成される。この改質ガスは、変成部4及び浄化部5を順次通過し、その間に一酸化炭素の濃度が低減され、燃料ガスとして燃料電池21のアノードに供給される。   In the reforming unit 31, a hydrogen-rich reformed gas is generated by performing a reforming reaction between the raw material in the supplied mixed gas and water vapor using the heat transfer of the combustion gas generated in the heating unit 25. The The reformed gas sequentially passes through the transformation unit 4 and the purification unit 5, during which the concentration of carbon monoxide is reduced and supplied to the anode of the fuel cell 21 as fuel gas.

燃料電池21では、酸化剤ガス供給部からカソードに酸素を含む酸化剤ガスが供給され、アノードに供給された燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素が電気化学的に反応して電気が発生する。   In the fuel cell 21, an oxidant gas containing oxygen is supplied to the cathode from the oxidant gas supply unit, and hydrogen in the fuel gas supplied to the anode and oxygen in the oxidant gas react electrochemically to generate electricity. appear.

水素製造装置1には、改質部31の温度を測定する改質温度測定部17が配設されている。   The hydrogen production apparatus 1 is provided with a reforming temperature measuring unit 17 that measures the temperature of the reforming unit 31.

制御部22は、燃料電池21と原料供給部24と水供給部23と水素製造装置1を制御し、また、改質温度測定部17で検出された温度情報を取得して、改質部31の温度を制御する。   The control unit 22 controls the fuel cell 21, the raw material supply unit 24, the water supply unit 23, and the hydrogen production apparatus 1, acquires temperature information detected by the reforming temperature measurement unit 17, and To control the temperature.

なお、本実施の形態に係る燃料電池発電装置では、制御部22が、水素製造装置1を制御するとともに燃料電池発電装置全体を制御する構成としているが、水素製造装置1を制御する制御部と燃料電池発電装置を制御する制御部をそれぞれ設ける構成としてもよい。   In the fuel cell power generation device according to the present embodiment, the control unit 22 controls the hydrogen production device 1 and the entire fuel cell power generation device. However, the control unit 22 controls the hydrogen production device 1. A control unit for controlling the fuel cell power generator may be provided.

次に、本実施の形態に係る水素製造装置1の構成について詳しく説明する。   Next, the configuration of the hydrogen production apparatus 1 according to the present embodiment will be described in detail.

水素製造装置1は、中心軸を共有する容器43と円筒状の外筒42及び内筒41を備えている。容器43は、上部に大径部が形成され、その下部に大径部より径の小さな小径部が形成された段付き円筒で構成されている。容器43の外側には、断熱部材11が容器43を覆うように設けられている。容器43の下端は、底板12により閉鎖されており、その上端は、環状の板部材27を介して外筒42と接続されている。なお、ここでは、容器43は、段差を有する筒であるが、段差を設けない構成としてもよい。   The hydrogen production apparatus 1 includes a container 43 sharing a central axis, a cylindrical outer cylinder 42 and an inner cylinder 41. The container 43 is formed of a stepped cylinder in which a large diameter portion is formed in the upper portion and a small diameter portion having a smaller diameter than the large diameter portion is formed in the lower portion. A heat insulating member 11 is provided outside the container 43 so as to cover the container 43. The lower end of the container 43 is closed by the bottom plate 12, and the upper end is connected to the outer cylinder 42 via the annular plate member 27. Here, the container 43 is a cylinder having a step, but may be configured without a step.

外筒42及び内筒41の上端は、蓋部材10により閉鎖されている。一方、外筒42の下端は開放されており、内筒41の下端は、内筒用底板30により閉鎖されている。   The upper ends of the outer cylinder 42 and the inner cylinder 41 are closed by the lid member 10. On the other hand, the lower end of the outer cylinder 42 is opened, and the lower end of the inner cylinder 41 is closed by the inner cylinder bottom plate 30.

外筒42の上端部には、筒状の原料供給口7が設けられている。原料供給口7は、適宜な配管によって予熱部26と接続されており、予熱部26で混合された混合ガスを改質部31に供給する。   A cylindrical raw material supply port 7 is provided at the upper end portion of the outer cylinder 42. The raw material supply port 7 is connected to the preheating unit 26 by appropriate piping, and supplies the mixed gas mixed in the preheating unit 26 to the reforming unit 31.

外筒42及び内筒41との筒状空間には、改質触媒が充填された改質触媒層3が形成され、改質触媒収容空間が構成されている。改質触媒収容空間の上方には、混合ガスを予熱する予熱空間が構成されている。この改質触媒収容空間と改質触媒層3とから改質部31が構成されている。改質部31は、原料供給口7から供給された原料と水蒸気により、水蒸気改質反応を行う。外筒42の下端(改質ガスの流れに対して改質触媒層3の下流側の端)と底板12との間には、外筒42の全周に亘って間隙36が設けられている。この改質触媒層3の下流側の端及び内筒用底板30と底板12との間に形成される空間が、緩衝空間部19を成している。そして、この緩衝空間部19から外筒42の外側への改質ガス流出部を改質ガス流出口と呼ぶ。ここでは、間隙36が改質ガス流出口を構成している。改質ガス流出口36を介して、この緩衝空間部19と連通する容器43及び外筒42との筒状空間の一部が、改質ガス流路51となる。緩衝空間部19の高さ(改質触媒層3の下流端と容器43の底板12との間の距離)は、改質ガスの流量により適宜設計されるが、高さが低いと、改質部31の実際の温度と改質温度測定部17で検出する温度との差が小さくなるからである。なお、改質部31の実際の温度と改質温度測定部17で検出する温度との差は、後述する制御部22において補正するような構成としてもよい。   In the cylindrical space between the outer cylinder 42 and the inner cylinder 41, the reforming catalyst layer 3 filled with the reforming catalyst is formed, thereby forming a reforming catalyst housing space. A preheating space for preheating the mixed gas is formed above the reforming catalyst housing space. A reforming section 31 is constituted by the reforming catalyst housing space and the reforming catalyst layer 3. The reforming unit 31 performs a steam reforming reaction using the raw material and steam supplied from the raw material supply port 7. A gap 36 is provided across the entire circumference of the outer cylinder 42 between the lower end of the outer cylinder 42 (the end on the downstream side of the reforming catalyst layer 3 with respect to the flow of the reformed gas) and the bottom plate 12. . The downstream end of the reforming catalyst layer 3 and the space formed between the inner cylinder bottom plate 30 and the bottom plate 12 form a buffer space 19. The reformed gas outflow portion from the buffer space portion 19 to the outside of the outer cylinder 42 is called a reformed gas outlet. Here, the gap 36 forms a reformed gas outlet. A part of the cylindrical space of the container 43 and the outer cylinder 42 communicating with the buffer space 19 via the reformed gas outlet 36 becomes the reformed gas flow path 51. The height of the buffer space 19 (the distance between the downstream end of the reforming catalyst layer 3 and the bottom plate 12 of the container 43) is appropriately designed according to the flow rate of the reformed gas. This is because the difference between the actual temperature of the unit 31 and the temperature detected by the reforming temperature measuring unit 17 becomes small. The difference between the actual temperature of the reforming unit 31 and the temperature detected by the reforming temperature measuring unit 17 may be corrected by the control unit 22 described later.

改質ガス流路51の上方にある、容器43の大径部と外筒42との筒状空間には軸方向に間隔をおいて一対の仕切り板28、29が配設されており、これによって上記筒状空間が変成触媒収容空間と空気混合部18と選択酸化触媒収容空間とに分割されている。変成触媒収容空間には、変成触媒が充填された変成触媒層が形成されている。この変成触媒空間と変成触媒層から変成部4が構成されている。空気混合部18を形成する容器43には、一酸化炭素選択酸化反応用の空気を供給する空気供給口8が設けられている。選択酸化触媒収容空間には、選択酸化触媒が充填された選択酸化触媒層が形成されている。この選択酸化触媒収容空間と選択酸化触媒層から浄化部5が構成されている。仕切り板28には、変成部4と空気混合部18とを連通する複数の貫通孔が設けられており、一方、仕切り板29には、空気混合部18と浄化部5とを連通する複数の貫通孔が設けられている。これにより、仕切り板28の貫通孔から、変成部4でシフト反応された改質ガスが空気混合部18に流出し、仕切り板29の貫通孔から空気混合部18で空気と混合された改質ガスが、浄化部5に流入する。   A pair of partition plates 28 and 29 are disposed in the cylindrical space between the large-diameter portion of the container 43 and the outer cylinder 42 above the reformed gas flow path 51 with an axial interval therebetween. Thus, the cylindrical space is divided into a shift catalyst housing space, an air mixing portion 18 and a selective oxidation catalyst housing space. A shift catalyst layer filled with the shift catalyst is formed in the shift catalyst storage space. The shift portion 4 is composed of the shift catalyst space and the shift catalyst layer. The container 43 forming the air mixing unit 18 is provided with an air supply port 8 for supplying air for a carbon monoxide selective oxidation reaction. A selective oxidation catalyst layer filled with a selective oxidation catalyst is formed in the selective oxidation catalyst housing space. The purification unit 5 is constituted by the selective oxidation catalyst housing space and the selective oxidation catalyst layer. The partition plate 28 is provided with a plurality of through holes that allow the transformation portion 4 and the air mixing portion 18 to communicate with each other, while the partition plate 29 has a plurality of holes that allow the air mixing portion 18 and the purification portion 5 to communicate with each other. A through hole is provided. As a result, the reformed gas that has undergone a shift reaction in the transformation section 4 flows out from the through hole of the partition plate 28 to the air mixing section 18, and the reformed gas mixed with air in the air mixing section 18 from the through hole of the partition plate 29. The gas flows into the purification unit 5.

内筒41の内部には、内筒41と同軸状に円筒状の輻射筒44が設けられている。輻射筒44の上端は、蓋部材10により閉鎖されており、輻射筒44の下端は、開放されている。輻射筒44と内筒41との間に形成された筒状の空間は、燃焼ガス流路52を構成している。輻射筒44の内部には、蓋部材10を貫通して下方に伸びるようにバーナ2が配設されている。このバーナ2と燃焼ガス流路52とから、加熱部25が構成されている。バーナ2では、燃料電池21からオフガスが供給され、また、図示されない燃焼用空気が外部から供給され、これらが燃焼して燃焼ガスが生成される。生成された燃焼ガスは、輻射筒44の先端(下端)から流出し、内筒41の底壁に当たって反転し、そこから上方へ燃焼ガス流路52を流れる。また、燃焼ガス流路52の上端部を形成する内筒41には、燃焼ガス排出口6が設けられており、燃焼ガス流路52を流れてきた燃焼ガスは、燃焼ガス排出口6を介して外部に排気ガスとして排出される。なお、輻射筒44の断面は、ここでは円形であるが、これに限定されるものではなく、多角形等であってもよい。   Inside the inner cylinder 41, a cylindrical radiation cylinder 44 is provided coaxially with the inner cylinder 41. The upper end of the radiation tube 44 is closed by the lid member 10, and the lower end of the radiation tube 44 is opened. A cylindrical space formed between the radiation cylinder 44 and the inner cylinder 41 constitutes a combustion gas flow path 52. Inside the radiation tube 44, the burner 2 is disposed so as to penetrate the lid member 10 and extend downward. The burner 2 and the combustion gas flow path 52 constitute a heating unit 25. In the burner 2, off gas is supplied from the fuel cell 21, and combustion air (not shown) is supplied from the outside, and these are combusted to generate combustion gas. The generated combustion gas flows out from the tip (lower end) of the radiation cylinder 44, hits the bottom wall of the inner cylinder 41, reverses, and flows upward from there through the combustion gas flow path 52. Further, the inner cylinder 41 forming the upper end portion of the combustion gas passage 52 is provided with a combustion gas discharge port 6, and the combustion gas flowing through the combustion gas passage 52 passes through the combustion gas discharge port 6. Exhausted to the outside as exhaust gas. In addition, although the cross section of the radiation cylinder 44 is circular here, it is not limited to this, A polygon etc. may be sufficient.

次に、本実施の形態に係る水素製造装置1の特徴的構成である改質温度測定部17の構成について詳しく説明する。   Next, the configuration of the reforming temperature measurement unit 17 that is a characteristic configuration of the hydrogen production apparatus 1 according to the present embodiment will be described in detail.

図1に示すように、容器43の底板12の外面には、板状部材で形成されたポケット状の収容部16が1箇所に設けられている。収容部16は、底板12の改質触媒層3から流出する改質ガスの流れと衝突する面の反対側の外面部分に設置されることが好ましい。底板12のこの部分には、改質部31で生成される改質ガスの流れが絶えず衝突する(当たる)ため、改質部31の実際の温度に近い温度が検出することができるからである。なお、収容部16の設置位置が上記好ましい位置以外の場所に設置された場合は、改質温度測定部17が検出した温度と改質部31の実際の温度との差を実験等により予め求めておいて、その差を制御部22で補正するように構成すればよい。
改質温度測定部17は、温度センサが、収容部16に収容されて構成されている。この温度センサは、一端が開放された端が閉鎖された円筒状のシース管34と熱電対35を有している。シース管34は、底部34bを先にして(横に向けて)、収容部16に嵌挿されている。シース管34の底部34bの先端部は、収容部16の側面に接触している。シース管34の開放された一端(以下、開放端という)には、フランジ34aが形成されている。シース管34の内部には、熱電対35の先端35aが該シース管34の底部34bに接触するようにして挿入されている。また、シース管34の内部には、熱電対35と間隙の間を埋めるように、粉状の充填材32が充填されている。この充填材32は、熱電対の移動を防止するためのもので、熱伝導性及び電気絶縁性の材料、例えば酸化マグネシウム(MgO)で構成されている。そして、フランジ34aに合わさる蓋板33によってシース管34の開放端が封止されている。蓋板33は溶接等の適宜な手段によってシース管34のフランジ34aに接合されている。また、蓋板33には貫通孔が形成されていて、熱電対35はこの貫通孔を通ってシース管34の外部に導出されている。シース管34は、フランジ34aを収容部16にねじ等の適宜な固定具で固定することによって、収容部16に固定されている。熱電対35は、適宜な配線により処理制御部61と電気的に接続されている。収容部16とこの配線は、断熱部材11に覆われるように配設されている。また、収容部16が設けられている容器43の底板12及び収容部16の内部には、熱伝導を促進するための伝熱セメントを塗布していることが好ましい。
As shown in FIG. 1, the pocket-shaped accommodation part 16 formed with the plate-shaped member is provided in the outer surface of the bottom plate 12 of the container 43 at one place. The accommodating portion 16 is preferably installed on the outer surface portion of the bottom plate 12 opposite to the surface colliding with the flow of the reformed gas flowing out from the reforming catalyst layer 3. This is because the flow of the reformed gas generated in the reforming unit 31 constantly collides with (contacts) this portion of the bottom plate 12, so that a temperature close to the actual temperature of the reforming unit 31 can be detected. . In addition, when the installation position of the accommodating part 16 is installed in a place other than the preferable position, the difference between the temperature detected by the reforming temperature measurement part 17 and the actual temperature of the reforming part 31 is obtained in advance by experiments or the like. The difference may be corrected by the control unit 22.
The reforming temperature measurement unit 17 is configured with a temperature sensor housed in the housing unit 16. This temperature sensor has a cylindrical sheath tube 34 and a thermocouple 35 whose one end is open and whose end is closed. The sheath tube 34 is fitted into the accommodating portion 16 with the bottom 34b first (toward the side). The distal end portion of the bottom portion 34 b of the sheath tube 34 is in contact with the side surface of the housing portion 16. A flange 34a is formed at one end of the sheath tube 34 (hereinafter referred to as an open end). Inside the sheath tube 34, the tip 35 a of the thermocouple 35 is inserted so as to contact the bottom portion 34 b of the sheath tube 34. The sheath tube 34 is filled with a powdery filler 32 so as to fill the gap between the thermocouple 35 and the gap. The filler 32 is for preventing the movement of the thermocouple, and is made of a thermally conductive and electrically insulating material such as magnesium oxide (MgO 2 ). And the open end of the sheath pipe | tube 34 is sealed by the cover plate 33 fitted to the flange 34a. The lid plate 33 is joined to the flange 34a of the sheath tube 34 by appropriate means such as welding. Further, a through hole is formed in the cover plate 33, and the thermocouple 35 is led out of the sheath tube 34 through the through hole. The sheath tube 34 is fixed to the housing portion 16 by fixing the flange 34a to the housing portion 16 with an appropriate fixing tool such as a screw. The thermocouple 35 is electrically connected to the processing control unit 61 by appropriate wiring. The accommodating part 16 and this wiring are arrange | positioned so that the heat insulation member 11 may be covered. Moreover, it is preferable to apply | coat heat-transfer cement for promoting heat conduction in the bottom plate 12 of the container 43 in which the accommodating part 16 is provided, and the inside of the accommodating part 16. FIG.

このような構成とすることにより、改質温度測定部17は、改質部31の温度を容器43の底板12を介して検出することができる。   By adopting such a configuration, the reforming temperature measuring unit 17 can detect the temperature of the reforming unit 31 via the bottom plate 12 of the container 43.

なお、改質温度測定部17は、収容部16を省略して断熱部材11と容器43の底部とで挟むことによって固定するような構成としてもよい。また、温度センサに、熱電対を使用したが、白金測音抵抗体やサーミスタを用いてもよい。さらに、改質温度測定部17を赤外線温度センサで構成してもよい。この場合、赤外線温度センサにより容器43の底板12の改質触媒層3の下流端の対向する部分の外表面から放射される赤外線を検出するように構成すればよい。   The reforming temperature measuring unit 17 may be configured to be fixed by omitting the accommodating unit 16 and sandwiching it between the heat insulating member 11 and the bottom of the container 43. Moreover, although the thermocouple was used for the temperature sensor, a platinum sound measuring resistor or a thermistor may be used. Furthermore, the reforming temperature measuring unit 17 may be configured with an infrared temperature sensor. In this case, the infrared temperature sensor may be configured to detect infrared rays radiated from the outer surface of the portion facing the downstream end of the reforming catalyst layer 3 of the bottom plate 12 of the container 43.

改質温度測定部17で検出した温度は、制御部22に伝達される。制御部22は、マイコン等のコンピュータによって構成されており、処理制御部61(CPU)と、半導体メモリから構成された記憶部63(内部メモリ)と、操作入力部62と、表示部64とを有している。処理制御部61は、記憶部63に格納された所定の制御プログラムを読み出し、これを実行することにより、燃料電池発電装置に関する各種の制御を行う。また、処理制御部61は、記憶部63に記憶されたデータや操作入力部62から入力されたデータを処理する。特に、ここでは、処理制御部61は、改質温度測定部17で検出した改質部31の温度に基づいて水素製造装置1の所要の制御を行う。改質温度測定部17からの温度が、処理制御部61に伝達されない場合には、処理制御部61が、表示部64に改質温度測定部17の故障を知らせる表示を行わせる。   The temperature detected by the reforming temperature measuring unit 17 is transmitted to the control unit 22. The control unit 22 is configured by a computer such as a microcomputer, and includes a processing control unit 61 (CPU), a storage unit 63 (internal memory) configured from a semiconductor memory, an operation input unit 62, and a display unit 64. Have. The process control unit 61 reads out a predetermined control program stored in the storage unit 63 and executes it to perform various controls relating to the fuel cell power generation device. Further, the process control unit 61 processes data stored in the storage unit 63 and data input from the operation input unit 62. In particular, here, the process control unit 61 performs necessary control of the hydrogen production apparatus 1 based on the temperature of the reforming unit 31 detected by the reforming temperature measuring unit 17. When the temperature from the reforming temperature measurement unit 17 is not transmitted to the process control unit 61, the process control unit 61 causes the display unit 64 to display a notification that the reforming temperature measurement unit 17 has failed.

なお、制御部22は、LANなどの通信手段と接続されているような構成としてもよい。これにより、制御部22から送られる信号が、直接サポートセンターに伝達することができ、より安全に水素製造装置及び燃料電池発電装置を運転することができる。   The control unit 22 may be configured to be connected to communication means such as a LAN. Thereby, the signal sent from the control part 22 can be directly transmitted to the support center, and the hydrogen production apparatus and the fuel cell power generation apparatus can be operated more safely.

次に、本実施の形態に係る水素製造装置1の動作について図1を参照しながら説明する。   Next, operation | movement of the hydrogen production apparatus 1 which concerns on this Embodiment is demonstrated, referring FIG.

水素製造装置1は、処理制御部61からの運転開始の制御信号が出力されて起動する。具体的には、原料供給部23から供給される燃料の一部が燃焼燃料として所定の供給量でバーナ2に供給されるとともに、燃焼用空気が所定の供給量で供給される。そして、この燃焼燃料と燃焼用空気が燃焼して、燃焼ガスが生成し、生成した燃焼ガスは、燃焼ガス流路52を通過し、燃焼ガス排出口6を介して外部に排出される。このとき、燃焼ガスからの伝熱により、改質部31が加熱される。改質部31の温度は、改質温度測定部17によって常時検出され、検出された温度は、処理制御部61に伝達される。   The hydrogen production apparatus 1 is started by outputting an operation start control signal from the process control unit 61. Specifically, a part of the fuel supplied from the raw material supply unit 23 is supplied as combustion fuel to the burner 2 at a predetermined supply amount, and combustion air is supplied at a predetermined supply amount. The combustion fuel and combustion air are combusted to generate combustion gas. The generated combustion gas passes through the combustion gas passage 52 and is discharged to the outside through the combustion gas discharge port 6. At this time, the reforming unit 31 is heated by heat transfer from the combustion gas. The temperature of the reforming unit 31 is always detected by the reforming temperature measuring unit 17, and the detected temperature is transmitted to the process control unit 61.

一方、原料となる炭化水素が、原料供給部24から予熱部26に供給され、また、改質用の水が、水供給部23から予熱部26に供給される。予熱部26では、供給された水が加熱されて水蒸気となり、この水蒸気と加熱された原料とが混合される。この混合された水蒸気と原料が、原料供給口7を介して加熱された改質部31へ供給される。改質部31は、水蒸気と原料との水蒸気改質反応により、水素、二酸化炭素、一酸化炭素、及び未反応のメタンと水蒸気を含む改質ガスを生成する。この生成された改質ガスは、改質触媒層3の下流端から改質ガス流路51を通過し、変成部4に供給される。この際、緩衝空間部19で改質ガスの流れが均一化される。変成部4の変成触媒体は、一酸化炭素と水蒸気とを反応させて、二酸化炭素及び水素を生成するシフト反応を行う。その結果、改質ガス中の一酸化炭素が1%程度にまで低減する。シフト反応後の改質ガス(変成後ガス)は、空気混合部18に供給される。空気混合部18では、空気供給口8から供給された空気と変成後ガスとが混合される。この混合ガスは、浄化部5に供給される。浄化部5は、改質ガス中に残留する一酸化炭素と空気中の酸素による選択酸化反応を行う。その結果、一酸化炭素濃度が10ppm以下の燃料ガスが生成される。この生成された燃料ガスは、燃料ガス出口9から燃料電池21に供給される。燃料電池21は、燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素とを用いて発電する。燃料電池21で使用されなかった余剰の燃料ガスは、水素製造装置1(より正確にはバーナ2)にオフガスとして供給され、バーナ2では、このオフガスが燃焼用燃料として用いられる。   On the other hand, hydrocarbon as a raw material is supplied from the raw material supply unit 24 to the preheating unit 26, and reforming water is supplied from the water supply unit 23 to the preheating unit 26. In the preheating unit 26, the supplied water is heated to become steam, and the steam and the heated raw material are mixed. The mixed water vapor and raw material are supplied to the heated reforming section 31 through the raw material supply port 7. The reforming unit 31 generates a reformed gas containing hydrogen, carbon dioxide, carbon monoxide, and unreacted methane and steam by a steam reforming reaction between steam and a raw material. The generated reformed gas passes through the reformed gas channel 51 from the downstream end of the reforming catalyst layer 3 and is supplied to the shift unit 4. At this time, the flow of the reformed gas is made uniform in the buffer space 19. The shift catalyst body of the shift section 4 performs a shift reaction in which carbon monoxide and water vapor are reacted to generate carbon dioxide and hydrogen. As a result, carbon monoxide in the reformed gas is reduced to about 1%. The reformed gas (shifted gas) after the shift reaction is supplied to the air mixing unit 18. In the air mixing unit 18, the air supplied from the air supply port 8 and the post-transformation gas are mixed. This mixed gas is supplied to the purification unit 5. The purification unit 5 performs a selective oxidation reaction with carbon monoxide remaining in the reformed gas and oxygen in the air. As a result, a fuel gas having a carbon monoxide concentration of 10 ppm or less is generated. The generated fuel gas is supplied from the fuel gas outlet 9 to the fuel cell 21. The fuel cell 21 generates power using hydrogen in the fuel gas and oxygen in the oxidant gas. Excess fuel gas that has not been used in the fuel cell 21 is supplied as off-gas to the hydrogen production apparatus 1 (more precisely, the burner 2). In the burner 2, this off-gas is used as combustion fuel.

上述の燃料電池21における発電の際には、発電量に応じて必要とされる水素量は異なる。このため、制御部22の処理制御部61は、燃料電池21が負荷電力に応じた発電を行えるように、改質温度測定部17により改質部31の温度を正確に把握するとともに、原料、水及び空気の供給量や加熱部25における燃料の燃焼量等を制御する。   When generating power in the above-described fuel cell 21, the amount of hydrogen required differs depending on the amount of power generation. For this reason, the process control unit 61 of the control unit 22 accurately grasps the temperature of the reforming unit 31 by the reforming temperature measuring unit 17 so that the fuel cell 21 can generate power according to the load power. The amount of water and air supplied, the amount of fuel burned in the heating unit 25, and the like are controlled.

このように、本実施の形態1に係る水素製造装置では、底板12の改質触媒層3から流出する改質ガスの流れと衝突する面の反対側の外面位置に改質温度測定部17が設けられているので、改質部31から生成される改質ガスが、容器43の底板12の改質温度測定部17が設置されている位置に絶えず触れる。このため、改質温度測定部17は、改質部31の改質触媒層3内の実際の温度に近い温度を検出することができる。また、底板12と外筒42の改質ガスの流れに対して下流側の端との間に外筒42の全周に亘って間隙を設けていることにより、改質ガスの流れが均一化されること、及び底板12の熱伝導により、底板12全体における温度分布が平均化される(温度分布のばらつきが小さくなる)ことから改質部31の温度を正確に検出することができる。また、改質部31の温度制御を正確に行うことができるので、水素製造装置及び燃料電池発電装置を安全に運転することができる。   As described above, in the hydrogen production apparatus according to the first embodiment, the reforming temperature measuring unit 17 is provided at the outer surface position on the opposite side of the surface colliding with the flow of the reformed gas flowing out from the reforming catalyst layer 3 of the bottom plate 12. Since it is provided, the reformed gas generated from the reforming unit 31 constantly touches the position where the reforming temperature measuring unit 17 of the bottom plate 12 of the container 43 is installed. For this reason, the reforming temperature measuring unit 17 can detect a temperature close to the actual temperature in the reforming catalyst layer 3 of the reforming unit 31. Further, since the gap is provided over the entire circumference of the outer cylinder 42 between the bottom plate 12 and the downstream end with respect to the reformed gas flow of the outer cylinder 42, the flow of the reformed gas becomes uniform. As a result, the temperature distribution in the entire bottom plate 12 is averaged due to the heat conduction of the bottom plate 12 (the variation in the temperature distribution is reduced), so that the temperature of the reforming unit 31 can be accurately detected. In addition, since the temperature control of the reforming unit 31 can be performed accurately, the hydrogen production apparatus and the fuel cell power generation apparatus can be operated safely.

次に、本実施の形態1に係る燃料電池発電装置の変形例を説明する。   Next, a modification of the fuel cell power generator according to Embodiment 1 will be described.

[変形例1]
図2は、本実施の形態1の変形例1の燃料電池発電装置の構成を示す模式図である。
[Modification 1]
FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a fuel cell power generator according to Modification 1 of Embodiment 1. As shown in FIG.

図2に示すように、変形例1では、収容部16が、板状部材で形成されたポケットの代わりに、凹部13で構成されている。凹部13は、容器43の底板12を構成する壁を、改質部31(正確には、改質触媒層3)の下流端側から見て、円筒状に凹むように屈曲されて形成されている。凹部13には、温度センサのシース管34が、底部34bを先にして(上に向けて)嵌挿されている。シース管34の底部34b(先端部)は、凹部13の底部に接触している。シース管34は、フランジ34aを容器43の底板12にねじ等の適宜な固定具で固定することによって、該底板12に固定されている。なお、凹部13の断面は、ここでは円形であるが、これに限定されるものではなく、多角形等であってもよい。
(実施の形態2)
図3は、本発明の実施の形態2に係る燃料電池発電装置の構成を示す模式図である。図3において、実施の形態1の燃料電池発電装置と同等の構成要素には同じ符号を付しており、その基本的構成も実施の形態1と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
As shown in FIG. 2, in the modification 1, the accommodating part 16 is comprised by the recessed part 13 instead of the pocket formed with the plate-shaped member. The concave portion 13 is formed by bending the wall constituting the bottom plate 12 of the container 43 so as to be recessed in a cylindrical shape when viewed from the downstream end side of the reforming portion 31 (more precisely, the reforming catalyst layer 3). Yes. A sheath tube 34 of a temperature sensor is fitted into the recess 13 with the bottom 34b first (upward). The bottom portion 34 b (tip portion) of the sheath tube 34 is in contact with the bottom portion of the recess 13. The sheath tube 34 is fixed to the bottom plate 12 by fixing the flange 34a to the bottom plate 12 of the container 43 with an appropriate fixing tool such as a screw. In addition, although the cross section of the recessed part 13 is circular here, it is not limited to this, A polygon etc. may be sufficient.
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the fuel cell power generator according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 3, the same components as those of the fuel cell power generation device of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the basic configuration is the same as that of the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted. .

本実施の形態では、収容部16が、容器43の底板12の外表面の複数箇所に設けられている(ここでは、2箇所)。複数の収容部16は、底板12の改質触媒層3の下流端の対向する部分の外表面の位置に、容器43の中心軸を中心とする円周上に、等間隔に(互いに等しい中心角だけ離れて位置するように)配設されている。収容部16には、上述したように、温度センサがそれぞれ配設されている。   In this Embodiment, the accommodating part 16 is provided in the multiple places of the outer surface of the baseplate 12 of the container 43 (here 2 places). The plurality of accommodating portions 16 are arranged at equal intervals (centers equal to each other) on the circumference centering on the central axis of the container 43 at the position of the outer surface of the opposing portion of the downstream end of the reforming catalyst layer 3 of the bottom plate 12. Arranged so as to be separated by a corner). As described above, the temperature sensors are disposed in the accommodating portions 16.

改質部31は、容器43の中心軸を中心とする同一円周上に設けられているので、底板12の温度は、容器43の中心軸を中心とする周方向においては同じであるが、半径方向においては変化する。このため、容器43の中心軸に対して半径方向に異なる位置に複数の収容部16(正確には、改質温度測定部17)を設けると、検出した温度に対し、半径方向の温度分布を補正する必要があるが、このように容器43の中心軸を中心とする同一円周上に設けるとそのような補正をする必要がなくなる。なお、容器43の中心軸を中心とする同一円周上に設けられなくてもよく、そのような場合には、測定値の差を予め実験等により求めておいて、制御部22によりその差を補正するような構成とすればよい。   Since the reforming unit 31 is provided on the same circumference around the central axis of the container 43, the temperature of the bottom plate 12 is the same in the circumferential direction around the central axis of the container 43, It changes in the radial direction. For this reason, when a plurality of accommodating portions 16 (more precisely, the reforming temperature measuring portion 17) are provided at different positions in the radial direction with respect to the central axis of the container 43, the temperature distribution in the radial direction with respect to the detected temperature is obtained. Although it is necessary to correct, if it is provided on the same circumference centering on the central axis of the container 43 as described above, it is not necessary to perform such correction. In addition, it does not need to be provided on the same circumference centering on the central axis of the container 43. In such a case, a difference between measured values is obtained in advance through experiments or the like, and the difference is measured by the control unit 22. It may be configured to correct the above.

制御部22は、複数の改質温度測定部17から送られてくる温度を用いて、改質部31の温度を推定する(測定値とする)。例えば、ここでは、容器43の中心軸を中心とする同一の円周上に設けられているため、その温度情報の平均値を、改質部31の測定温度とする。   The controller 22 estimates the temperature of the reforming unit 31 using the temperatures sent from the plurality of reforming temperature measuring units 17 (measured value). For example, here, since it is provided on the same circumference centering on the central axis of the container 43, the average value of the temperature information is used as the measured temperature of the reforming unit 31.

処理制御部61は、改質温度測定部17のいずれか一つ、又はすべての改質温度測定部17からの温度が、伝達されない場合には、表示部64に改質温度測定部17の故障を知らせるメッセージを表示させる。また、改質温度測定部17で測定したそれぞれの温度が、予め設定された所定の範囲よりも大きく異なる場合にも、同様に処理制御部61が、改質温度測定部17の異常を示すメッセージを表示部64に表示させる。上記所定の範囲は、記憶部63に記憶されており、処理制御部61が適宜読み出すことができ、また、操作入力部62により、その範囲を記憶部63に適宜記憶させることができるような構成となっている。また、その範囲は水素製造装置1の構造や改質温度測定部17の取付方法などによって異なるが、およそ50℃以下であることが好ましい。   If the temperature from any one or all of the reforming temperature measuring units 17 is not transmitted, the processing control unit 61 displays a failure of the reforming temperature measuring unit 17 on the display unit 64. Display a message to inform you. Further, when each temperature measured by the reforming temperature measuring unit 17 is greatly different from a predetermined range set in advance, the processing control unit 61 similarly displays a message indicating an abnormality of the reforming temperature measuring unit 17. Is displayed on the display unit 64. The predetermined range is stored in the storage unit 63 and can be read as appropriate by the processing control unit 61, and the range can be stored in the storage unit 63 as appropriate by the operation input unit 62. It has become. The range varies depending on the structure of the hydrogen production apparatus 1 and the method of attaching the reforming temperature measuring unit 17, but is preferably about 50 ° C. or less.

このような構成とすることにより、改質温度測定部17のいずれかが故障して温度が伝達されなくても、故障していない改質温度測定部17により改質部31の温度を検出することができるので、水素製造装置1及び燃料電池発電装置の運転を続行することができる。また、容器43の中心軸を中心とする円周上の温度は一定であるため、複数の改質温度測定部17が検出するそれぞれの検出値が大きく異なると、改質温度測定部17が故障している可能性があると判断することができるので、改質温度測定部17のメンテナンス時期を知ることができ、より信頼性が高く良好なコージュネレーション運転を安定して行うことができる。
(実施の形態3)
図9は、本発明の実施の形態3に係る燃料電池発電装置の水素製造装置1の緩衝空間部19と改質ガス流出口36の構成を示す模式図である。図9において、実施の形態1の燃料電池発電装置と同等の構成要素には同じ符号を付しており、その説明を省略する。
With such a configuration, even if any of the reforming temperature measuring units 17 fails and the temperature is not transmitted, the reforming temperature measuring unit 17 that has not failed detects the temperature of the reforming unit 31. Therefore, the operation of the hydrogen production apparatus 1 and the fuel cell power generation apparatus can be continued. Moreover, since the temperature on the circumference centering on the central axis of the container 43 is constant, if the detected values detected by the plurality of reforming temperature measuring units 17 are greatly different, the reforming temperature measuring unit 17 fails. Therefore, it is possible to know the maintenance time of the reforming temperature measuring unit 17, and it is possible to stably perform a highly reliable and favorable coordination operation.
(Embodiment 3)
FIG. 9 is a schematic diagram showing the configuration of the buffer space 19 and the reformed gas outlet 36 of the hydrogen production device 1 of the fuel cell power generator according to Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 9, the same reference numerals are given to the same components as those of the fuel cell power generator of Embodiment 1, and the description thereof is omitted.

図9に示すように、本実施の形態では、実施の形態1と同様に間隙からなる改質ガス流出口36が形成されている。ただし、本実施の形態では、この改質ガス流出口36に接続する改質ガス流路が、実施の形態1で説明した改質ガス流路51とは異なり、任意の形態を有している。改質温度測定部(図示せず)は、実施の形態1と同様に底板12の外側に設置されている。   As shown in FIG. 9, in the present embodiment, a reformed gas outlet 36 formed of a gap is formed as in the first embodiment. However, in the present embodiment, the reformed gas passage connected to the reformed gas outlet 36 has an arbitrary form unlike the reformed gas passage 51 described in the first embodiment. . The reforming temperature measurement unit (not shown) is installed outside the bottom plate 12 as in the first embodiment.

燃料電池発電装置のその他の構成は、実施の形態1と同様であり、説明は省略する。
(実施の形態4)
図10は、本発明の実施の形態4に係る燃料電池発電装置の水素製造装置1の緩衝空間部19と改質ガス流出口36の構成を示す模式図である。図10において、実施の形態1の燃料電池発電装置と同等の構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
The other configuration of the fuel cell power generator is the same as that of the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
(Embodiment 4)
FIG. 10 is a schematic diagram showing the configuration of the buffer space 19 and the reformed gas outlet 36 of the hydrogen production device 1 of the fuel cell power generator according to Embodiment 4 of the present invention. In FIG. 10, the same components as those of the fuel cell power generator of Embodiment 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図10に示すように、本実施の形態では、内筒41の改質ガスの流れに対して下流側の端が底板12により閉鎖されている。そして、この内筒41と改質触媒層3の下流端と底板12とで区画されて緩衝空間部19が形成されている。改質温度測定部(図示せず)は、実施の形態1と同様に底板12の外側に設置されている。改質ガス流出口36及び改質ガス流路(図示せず)については、上述の実施の形態3と同様の構成であり、燃料電池発電装置のその他の構成については、実施の形態1と同様であり、その説明は省略する。
(実施の形態5)
図11は、本発明の実施の形態5に係る燃料電池発電装置における水素製造装置1の改質ガス流出口の構成を示す模式図である。図11において、実施の形態1の燃料電池発電装置と同等の構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
As shown in FIG. 10, in the present embodiment, the bottom plate 12 closes the downstream end of the inner cylinder 41 with respect to the reformed gas flow. A buffer space 19 is formed by the inner cylinder 41, the downstream end of the reforming catalyst layer 3, and the bottom plate 12. The reforming temperature measurement unit (not shown) is installed outside the bottom plate 12 as in the first embodiment. The reformed gas outlet 36 and the reformed gas flow path (not shown) have the same configuration as in the above-described third embodiment, and the other configurations of the fuel cell power generator are the same as those in the first embodiment. The description thereof is omitted.
(Embodiment 5)
FIG. 11 is a schematic diagram showing the configuration of the reformed gas outlet of the hydrogen production device 1 in the fuel cell power generator according to Embodiment 5 of the present invention. In FIG. 11, the same reference numerals are given to the same components as those of the fuel cell power generator of Embodiment 1, and the description thereof is omitted.

図11に示すように、本実施の形態では、上部外筒42aと下部外筒42bとから構成される外筒42を有している。上部外筒42aの上端は、図示されない蓋部材により実施の形態1と同様に閉鎖されており、下部外筒42bの下端は、底板12と気密的に接続されている。そして、上部外筒42aの下端と下部外筒42bの上端との間に、本発明の外筒42に形成された間隙としての間隙36が外筒42の全周に亘って形成されていて、この間隙36により改質ガス流出口が構成されている。間隙36は、図示されない改質触媒層の下流端より下側に設けられれば、鉛直方向の設置位置は任意であるが、高温の改質ガスは粘度が高く流れの緩やかな層流を形成することを考慮すると底板12に確実に改質触媒から流出した改質ガスを衝突させ、改質部のリアルタイムの温度を改質温度測定部で検出するためにも底板12の近傍に開口部37を設けることが好ましい。改質温度測定部(図示せず)は、実施の形態1と同様に底板12の外側に設置されている。なお、改質ガス流路及び内筒41の下端の構成は、実施の形態1、実施の形態3又は実施の形態4のいずれの構成を用いてもよく、燃料電池発電装置の他の構成については、実施の形態1と同様であり、その説明は省略する。
(実施の形態6)
図12は、本発明の実施の形態6に係る燃料電池発電装置の水素製造装置1の改質ガス流出口の構成を示す模式図である。図12において、実施の形態1の燃料電池発電装置と同等の構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
As shown in FIG. 11, the present embodiment has an outer cylinder 42 composed of an upper outer cylinder 42a and a lower outer cylinder 42b. The upper end of the upper outer cylinder 42a is closed by a lid member (not shown) as in the first embodiment, and the lower end of the lower outer cylinder 42b is airtightly connected to the bottom plate 12. Between the lower end of the upper outer cylinder 42a and the upper end of the lower outer cylinder 42b, a gap 36 as a gap formed in the outer cylinder 42 of the present invention is formed over the entire circumference of the outer cylinder 42, The gap 36 forms a reformed gas outlet. If the gap 36 is provided below the downstream end of the reforming catalyst layer (not shown), the installation position in the vertical direction is arbitrary, but the high-temperature reformed gas forms a laminar flow having a high viscosity and a gentle flow. In view of this, an opening 37 is provided in the vicinity of the bottom plate 12 so that the reformed gas flowing out from the reforming catalyst collides with the bottom plate 12 reliably and the real-time temperature of the reforming unit is detected by the reforming temperature measuring unit. It is preferable to provide it. The reforming temperature measurement unit (not shown) is installed outside the bottom plate 12 as in the first embodiment. The configuration of the reformed gas flow path and the lower end of the inner cylinder 41 may use any of the configurations of the first embodiment, the third embodiment, or the fourth embodiment, and other configurations of the fuel cell power generator. These are the same as in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
(Embodiment 6)
FIG. 12 is a schematic diagram showing the configuration of the reformed gas outlet of the hydrogen production device 1 of the fuel cell power generator according to Embodiment 6 of the present invention. In FIG. 12, the same components as those of the fuel cell power generator of Embodiment 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図12に示すように、本実施の形態では、外筒42の下端が底板12により閉鎖されており、外筒42の下端部には、本発明の開口部である開口部37が複数形成されている。開口部37は、外筒42の周方向の全体に亘って均等に分布するように設けられている。開口部37は、図示されない改質触媒層の下流端より下側に設けられれば、鉛直方向の設置位置は任意であるが、高温の改質ガスは粘度が高く流れの緩やかな層流を形成することを考慮すると底板12に確実に改質触媒から流出した改質ガスを衝突させ、改質部のリアルタイムの温度を改質温度測定部で検出するためにも底板12の近傍に開口部37を設けることが好ましい。また、開口部37の形状は、ここでは横長の矩形状であるが、これに限定されず、その形状は任意である。この複数の開口部37が、改質ガス出口を構成する。改質温度測定部(図示せず)は、実施の形態1と同様に底板12の外側に設置されている。燃料電池発電装置のその他の構成については、実施の形態5と同様であり、その説明は省略する。   As shown in FIG. 12, in the present embodiment, the lower end of the outer cylinder 42 is closed by the bottom plate 12, and a plurality of openings 37 that are openings of the present invention are formed at the lower end of the outer cylinder 42. ing. The openings 37 are provided so as to be evenly distributed over the entire circumferential direction of the outer cylinder 42. If the opening 37 is provided below the downstream end of the reforming catalyst layer (not shown), the installation position in the vertical direction is arbitrary, but the high temperature reformed gas forms a laminar flow having a high viscosity and a gentle flow. In consideration of this, the opening 37 in the vicinity of the bottom plate 12 is also used in order to cause the reformed gas flowing out from the reforming catalyst to collide with the bottom plate 12 reliably and to detect the real-time temperature of the reforming unit with the reforming temperature measuring unit. Is preferably provided. Moreover, although the shape of the opening part 37 is a horizontally long rectangular shape here, it is not limited to this, The shape is arbitrary. The plurality of openings 37 constitute a reformed gas outlet. The reforming temperature measurement unit (not shown) is installed outside the bottom plate 12 as in the first embodiment. The other configuration of the fuel cell power generator is the same as that of the fifth embodiment, and the description thereof is omitted.

次に、本実施の形態6に係る燃料電池発電装置の水素生成装置1の外筒42の変形例を、以下に説明する。   Next, a modified example of the outer cylinder 42 of the hydrogen generator 1 of the fuel cell power generator according to Embodiment 6 will be described below.

[変形例2]
図13は、本実施の形態の変形例2を図示したものである。
[Modification 2]
FIG. 13 illustrates a second modification of the present embodiment.

図13に示すように、本変形例では、外筒42の下端に本発明の開口部としての切片38が複数設けられている。切片38は、外筒42の周方向の全体に亘って均等に分布するように設けられている。切片部38の形状は、任意である。この複数の切片部38が、改質ガス流出口を構成する。改質温度測定部(図示せず)は、実施の形態1と同様に底板12の外側に設置されている。燃料電池発電装置のその他の構成については、実施の形態6と同様であり、その説明は省略する。   As shown in FIG. 13, in this modification, a plurality of pieces 38 as openings of the present invention are provided at the lower end of the outer cylinder 42. The sections 38 are provided so as to be evenly distributed over the entire circumferential direction of the outer cylinder 42. The shape of the section 38 is arbitrary. The plurality of pieces 38 constitute a reformed gas outlet. The reforming temperature measurement unit (not shown) is installed outside the bottom plate 12 as in the first embodiment. The other configuration of the fuel cell power generator is the same as that of the sixth embodiment, and the description thereof is omitted.

以下に、実施例及び比較例に基づいて、本発明をさらに詳細に説明する。
[実施例1]
Below, based on an Example and a comparative example, this invention is demonstrated still in detail.
[Example 1]

実施例1及び比較例1〜2における水素製造装置の基本的構成は、すべて同じものを使用し(図2、図4及び図5参照)、改質部31の温度を検出する改質温度測定部17を以下のように設置した。   The basic configurations of the hydrogen production apparatuses in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 are all the same (see FIGS. 2, 4 and 5), and the reforming temperature measurement for detecting the temperature of the reforming unit 31 is performed. The part 17 was installed as follows.

実施例1では、実施の形態2に係る水素製造装置を使用した。なお、実施の形態2では、容器43の底板12の複数箇所に改質温度測定部17を設けているが、本実施例では、底板12の改質触媒層3の下流端の対向する部分の外表面の位置に、容器43の中心軸を中心とする円周上に90度間隔で4箇所に設けた。   In Example 1, the hydrogen production apparatus according to Embodiment 2 was used. In the second embodiment, the reforming temperature measuring units 17 are provided at a plurality of locations on the bottom plate 12 of the container 43. However, in this embodiment, the portions of the bottom plate 12 facing the downstream end of the reforming catalyst layer 3 are opposed to each other. Four locations were provided at 90 ° intervals on the circumference centered on the central axis of the container 43 at the position of the outer surface.

比較例1では、特許文献1に記載されている従来技術と同様に、改質触媒層3に温度センサを挿入し、その挿入箇所の温度を検出する構成とした。すなわち、図4に示すように、容器43の底板12に貫通孔20を設け、該貫通孔20に連通するようにスリーブ15を底板12に溶接し、スリーブ15の先端にくい込み継ぎ手14を固定した。温度センサを、くい込み継ぎ手14を貫通して、改質触媒層3内に挿入し、改質触媒層3の下流端から10mmの位置で温度を検出するように固定した。改質温度測定部17は、実施例1と対応するように、容器43の中心軸を中心とする円周上に90度間隔で4箇所に設けた。なお、図4では、改質温度測定部17を1箇所だけ記載し、他についてはその記載を省略している。   In Comparative Example 1, as in the prior art described in Patent Document 1, a temperature sensor is inserted into the reforming catalyst layer 3, and the temperature at the insertion location is detected. That is, as shown in FIG. 4, a through hole 20 is provided in the bottom plate 12 of the container 43, and the sleeve 15 is welded to the bottom plate 12 so as to communicate with the through hole 20. . The temperature sensor was inserted into the reforming catalyst layer 3 through the bite joint 14 and fixed so as to detect the temperature at a position 10 mm from the downstream end of the reforming catalyst layer 3. The reforming temperature measuring units 17 are provided at four locations at intervals of 90 degrees on the circumference centered on the central axis of the container 43 so as to correspond to the first embodiment. In FIG. 4, only one reforming temperature measuring unit 17 is described, and the description of other components is omitted.

比較例2では、図5に示すように、改質温度測定部17を容器43の側面部に、比較例1に対応するように改質触媒層3の下流端から10mmの位置で温度を検出するように設けた。また、改質温度測定部17は、実施例1及び比較例1に対応するように、容器43の中心軸を中心とする90度間隔で4箇所に設置した。なお、図5では、改質温度測定部17を1箇所だけ記載し、他についてはその記載を省略している。   In Comparative Example 2, as shown in FIG. 5, the temperature is detected at a position 10 mm from the downstream end of the reforming catalyst layer 3 so that the reforming temperature measuring unit 17 corresponds to the side surface of the container 43 and corresponds to Comparative Example 1. Provided. In addition, the reforming temperature measuring units 17 were installed at four locations at 90 ° intervals centering on the central axis of the container 43 so as to correspond to Example 1 and Comparative Example 1. In FIG. 5, only one reforming temperature measuring unit 17 is described, and the description of the other is omitted.

図6は、定常状態(発電出力1000W、S/C(改質部31に供給される水蒸気と原料の混合ガス中における水分子と炭素原子との比)=2.7)における実施例1及び比較例1〜2の水素製造装置の改質部31の温度を検出した結果を示すグラフである。なお、図6において、円周方向角度位置とは、容器43の底板12又は側面部に設置した改質温度測定部17の設置位置を容器43の中心軸を中心とする円周上の位置を中心角で表したものである。図6より、実施例1では、外筒43の底部12に、外筒43の中心軸を中心とする同一の円周上に改質温度測定部17を設けると、同一円周上で上記中心角が変わるよう設置位置を変更しても測定温度の差が35℃と極めて小さな値となり、同一円周上であれば検出する箇所(設置位置)によらず改質部31の温度を正確に検出することが可能であることがわかる。すなわち、本発明の底板である底部12において、本発明の内筒または外筒である筒41または筒42の中心軸を中心とした同一円周上に改質温度測定部を設ければ、水素製造装置の各個体毎に改質温度として検出される温度に個体差が少なく安定した改質温度制御が可能となる。これに対して、比較例1のように、直接改質触媒層3の温度を検出しようとすると、同一円周上であってもその設置位置によって温度が120℃も異なり、正確に改質部31の温度を検出することが困難であることがわかる。また、比較例2では、外筒43の側面部を検出しているため、比較例1ほどの温度差は見られないものの、実施例1に比べて、同一円周上であっても設置位置による温度差が90℃であり、正確に改質部31の温度を検出することが困難であることがわかる。これは、水素製造装置を製造するときに、実質的に外筒43と中間筒42の中心軸を同一にすることは難しいため、改質ガス流路51の半径方向の幅(外筒43と中間筒42との間隔)が円周方向によって異なることに起因するものと考えられる。   FIG. 6 shows Example 1 in a steady state (power generation output 1000 W, S / C (ratio of water molecules and carbon atoms in the mixed gas of water vapor and raw material supplied to the reforming unit 31) = 2.7). It is a graph which shows the result of having detected the temperature of the reforming part 31 of the hydrogen production apparatus of Comparative Examples 1-2. In FIG. 6, the circumferential angular position is a position on the circumference centering on the central axis of the container 43, which is the installation position of the reforming temperature measuring unit 17 installed on the bottom plate 12 or the side surface of the container 43. It is expressed in the central angle. As shown in FIG. 6, in Example 1, when the reforming temperature measuring unit 17 is provided on the same circumference around the central axis of the outer cylinder 43 at the bottom 12 of the outer cylinder 43, the center on the same circumference. Even if the installation position is changed so that the angle changes, the difference in measurement temperature is as small as 35 ° C., and if it is on the same circumference, the temperature of the reforming unit 31 can be accurately determined regardless of the detection location (installation position). It can be seen that it can be detected. That is, if the reforming temperature measuring unit is provided on the same circumference centering on the central axis of the cylinder 41 or the cylinder 42 which is the inner cylinder or the outer cylinder of the present invention in the bottom 12 which is the bottom plate of the present invention, There is little individual difference in the temperature detected as the reforming temperature for each individual manufacturing apparatus, and stable reforming temperature control becomes possible. On the other hand, when the temperature of the reforming catalyst layer 3 is directly detected as in Comparative Example 1, the temperature differs by 120 ° C. depending on the installation position even on the same circumference, and the reforming unit is accurately It can be seen that it is difficult to detect the temperature of 31. Further, in Comparative Example 2, since the side surface portion of the outer cylinder 43 is detected, a temperature difference as compared with Comparative Example 1 is not observed, but the installation position is even on the same circumference as compared with Example 1. The temperature difference due to is 90 ° C., and it is difficult to accurately detect the temperature of the reforming unit 31. This is because it is difficult to make the central axes of the outer cylinder 43 and the intermediate cylinder 42 substantially the same when the hydrogen production apparatus is manufactured. This is considered to be due to the fact that the distance from the intermediate cylinder 42 is different depending on the circumferential direction.

また、実施例1の測定データは、比較例1のデータの平均的な値を示すことがわかる。これにより、直接改質触媒層3の温度を検出しなくても、改質部31の温度を正確に検出することができることが示された。   Moreover, it turns out that the measurement data of Example 1 show the average value of the data of Comparative Example 1. Accordingly, it was shown that the temperature of the reforming unit 31 can be accurately detected without directly detecting the temperature of the reforming catalyst layer 3.

図7(a)は、実施例1及び比較例1の水素製造装置の起動時からの改質部31の温度を検出した結果を示すグラフである。また、図7(b)は、比較例1及び比較例2の水素製造装置の起動時からの改質部31の温度を検出した結果を示すグラフである。なお、比較例1については、図6の円周方向角度位置の0度及び180度の角度位置で検出したデータを示した。定常状態で検出したときと同様に、実施例1では、同一円周上であれば設置箇所によらず改質部31の温度を検出することが可能であることがわかる。一方、比較例1及び2では、測定温度が、同一円周上であっても設置箇所により異なることがわかる。   FIG. 7A is a graph showing a result of detecting the temperature of the reforming unit 31 from the start of the hydrogen production apparatuses of Example 1 and Comparative Example 1. FIG. FIG. 7B is a graph showing a result of detecting the temperature of the reforming unit 31 from the start of the hydrogen production apparatuses of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. In addition, about the comparative example 1, the data detected in the angular position of 0 degree | times and 180 degree | times of the circumferential direction angular position of FIG. 6 were shown. As in the case of detection in the steady state, in Example 1, it can be seen that the temperature of the reforming unit 31 can be detected regardless of the installation location as long as it is on the same circumference. On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2, it can be seen that the measured temperature varies depending on the installation location even on the same circumference.

このように、本実施例によれば、改質温度測定部で検出した温度は、改質触媒層内の実際の温度に近いものとなることが明らかになった。また、本発明の底板である底部12において、本発明の内筒または外筒である筒41または筒42の中心軸を中心とした同一円周上に改質温度測定部を設ければ、設定位置によらず改質部の温度を正確に検出ことが可能となり、結果として水素製造装置の各個体毎に改質温度として検出される温度に個体差が少なく安定した改質温度制御が可能となる。   As described above, according to this example, it has been clarified that the temperature detected by the reforming temperature measurement unit is close to the actual temperature in the reforming catalyst layer. In addition, in the bottom portion 12 which is the bottom plate of the present invention, if the reforming temperature measuring section is provided on the same circumference centering on the central axis of the cylinder 41 or the cylinder 42 which is the inner cylinder or the outer cylinder of the present invention, The temperature of the reforming section can be accurately detected regardless of the position. As a result, the reforming temperature can be controlled stably with little individual difference in the temperature detected as the reforming temperature for each individual hydrogen production device. Become.

本発明の水素製造装置は、改質部の温度を正確に検出し、その温度制御を正確に行うことにより、安全に運転できる水素製造装置として有用である。また、このような水素製造装置を備えた本発明の燃料電池発電装置は、信頼性の高く良好なコージュネレーション運転を安定して行うことができる燃料電池発電装置として有用である。   The hydrogen production apparatus of the present invention is useful as a hydrogen production apparatus that can be operated safely by accurately detecting the temperature of the reforming section and accurately controlling the temperature. In addition, the fuel cell power generator of the present invention provided with such a hydrogen production device is useful as a fuel cell power generator capable of stably performing a reliable and favorable coordination operation.

本発明の実施の形態1に係る燃料電池発電装置全体の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the whole fuel cell electric power generating apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 図1に示す燃料電池発電装置の変形例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the modification of the fuel cell electric power generating apparatus shown in FIG. 本発明の実施の形態2に係る燃料電池発電装置全体の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the whole fuel cell power generating apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の比較例1に係る燃料電池発電装置全体の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the whole fuel cell power generating apparatus which concerns on the comparative example 1 of this invention. 本発明の比較例2に係る燃料電池発電装置全体の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the whole fuel cell power generating apparatus which concerns on the comparative example 2 of this invention. 本発明の実施例1及び比較例1〜2に係る水素製造装置の定常状態における改質部の温度を検出した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having detected the temperature of the reforming part in the steady state of the hydrogen production apparatus which concerns on Example 1 and Comparative Examples 1-2 of this invention. 本発明の実施例1及び比較例1に係る水素製造装置の起動時からの改質部の温度を検出した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having detected the temperature of the reforming part from the time of starting of the hydrogen production apparatus which concerns on Example 1 and Comparative Example 1 of this invention. 本発明の比較例1及び比較例2に係る水素製造装置の起動時からの改質部の温度を検出した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having detected the temperature of the reforming part from the time of starting of the hydrogen production apparatus which concerns on the comparative example 1 and the comparative example 2 of this invention. 従来の水素生成装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the conventional hydrogen generator. 本発明の実施の形態3に係る燃料電池発電装置の水素製造装置の緩衝空間部と改質ガス流出口の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the buffer space part and reformed gas outlet of the hydrogen production apparatus of the fuel cell power generator which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4に係る燃料電池発電装置の水素製造装置の緩衝空間部と改質ガス流出口の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the buffer space part and reformed gas outlet of the hydrogen production apparatus of the fuel cell power generator which concerns on Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態5に係る燃料電池発電装置の水素製造装置の改質ガス流出口の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the reformed gas outlet of the hydrogen production apparatus of the fuel cell power generator which concerns on Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態6に係る燃料電池発電装置の水素製造装置の改質ガス流出口の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the reformed gas outlet of the hydrogen production apparatus of the fuel cell power generator concerning Embodiment 6 of this invention. 図12に示す水素製造装置の改質ガス流出口の変形例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the modification of the reformed gas outlet of the hydrogen production apparatus shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 水素製造装置
2 バーナ
3 改質触媒体
4 変成部
5 浄化部
6 燃焼ガス排出口
7 原料供給口
8 空気供給口
9 燃料ガス出口
10 蓋部材
11 断熱部材
12 底板
13 凹部
14 くい込み継ぎ手
15 スリーブ
16 収容部
17 改質温度測定部
18 空気混合部
19 緩衝空間部
20 貫通孔
21 燃料電池
22 制御部
23 水供給部
24 原料供給部
25 加熱部
26 予熱部
27 板部材
28 仕切り板
29 仕切り板
30 内筒用底板
31 改質部
32 充填材
33 蓋板
34 シース管
34a フランジ
34b 底部
35 熱電対
35a 先端
36 間隙
37 開口部
38 切片
41 内筒
42 外筒
42a 上部外筒
42b 下部外筒
43 容器
44 輻射筒
51 改質ガス流路
52 燃焼ガス流路
61 処理制御部(CPU)
62 操作入力部
63 記憶部(内部メモリ)
64 表示部
71 改質触媒層
72 バーナ
73 外筒
74 内筒
75 排気口
76 断熱材
77 熱電対
78 制御部
79 入口部
80 出口部
81 くぼみ部
82 燃料調節弁
83 空間部
84 固定板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hydrogen production apparatus 2 Burner 3 Reforming catalyst body 4 Transformation part 5 Purification | purification part 6 Combustion gas discharge port 7 Raw material supply port 8 Air supply port 9 Fuel gas outlet 10 Lid member 11 Heat insulation member 12 Bottom plate 13 Concave 14 Biting joint 15 Sleeve 16 Storage unit 17 Reforming temperature measurement unit 18 Air mixing unit 19 Buffer space unit 20 Through hole 21 Fuel cell 22 Control unit 23 Water supply unit 24 Raw material supply unit 25 Heating unit 26 Preheating unit 27 Plate member 28 Partition plate 29 Partition plate 30 Cylinder bottom plate 31 Reforming part 32 Filler 33 Cover plate 34 Sheath tube 34a Flange 34b Bottom 35 Thermocouple 35a Tip 36 Gap 37 Opening 38 Section 41 Inner cylinder 42 Outer cylinder 42a Upper outer cylinder 42b Lower outer cylinder 43 Container 44 Radiation Tube 51 Reformed gas flow path 52 Combustion gas flow path 61 Processing control unit (CPU)
62 Operation input unit 63 Storage unit (internal memory)
64 Display part 71 Reforming catalyst layer 72 Burner 73 Outer cylinder 74 Inner cylinder 75 Exhaust port 76 Heat insulating material 77 Thermocouple 78 Control unit 79 Inlet part 80 Outlet part 81 Recessed part 82 Fuel control valve 83 Space part 84 Fixing plate

Claims (11)

内筒及び外筒と、
前記内筒と前記外筒との間の筒状空間に改質触媒層を有し、該改質触媒層を流れる水蒸気及び原料を改質して水素リッチな改質ガスを生成する改質部と、
前記改質触媒層から流出する改質ガスの流れと衝突する面を有する底板とを備え、
前記内筒の前記改質ガスの流れに対して下流側は閉鎖され、
前記外筒の下流側に、該外筒の全周に亘って形成された改質ガス流出口を有することで
前記底板に衝突した改質ガスが前記改質ガス流出口を介して前記外筒の外側に流出するように構成され、
かつ、前記底板の前記衝突する面と反対側の外面に前記改質部の温度を検出するための改質温度測定部を備える、水素製造装置。
An inner cylinder and an outer cylinder,
A reforming section having a reforming catalyst layer in a cylindrical space between the inner cylinder and the outer cylinder, and reforming water vapor and raw material flowing through the reforming catalyst layer to generate a hydrogen-rich reformed gas When,
A bottom plate having a surface that collides with the flow of reformed gas flowing out of the reforming catalyst layer,
The downstream side of the inner cylinder with respect to the flow of the reformed gas is closed,
By having a reformed gas outlet formed over the entire circumference of the outer cylinder on the downstream side of the outer cylinder, the reformed gas that has collided with the bottom plate passes through the reformed gas outlet and the outer cylinder. Configured to flow out of the
And the hydrogen production apparatus provided with the reforming temperature measurement part for detecting the temperature of the said reforming part in the outer surface on the opposite side to the said collision surface of the said baseplate.
前記改質ガス流出口は、前記底板と前記外筒の前記改質ガスの流れに対して下流側の端との間に前記外筒の全周に亘って形成された間隙である請求項1記載の水素製造装置。   2. The reformed gas outlet is a gap formed over the entire circumference of the outer cylinder between the bottom plate and an end of the outer cylinder on the downstream side with respect to the reformed gas flow. The hydrogen production apparatus as described. 前記改質ガス流出口は、前記改質触媒層の下流端よりも下流側に、前記外筒の全周に亘って形成された開口部である請求項1記載の水素製造装置。   2. The hydrogen production apparatus according to claim 1, wherein the reformed gas outlet is an opening formed over the entire circumference of the outer cylinder on the downstream side of the downstream end of the reforming catalyst layer. 前記改質ガス流出口は、前記改質触媒層の下流端よりも下流側に、前記外筒の全周に亘って形成された間隙である請求項1記載の水素製造装置。   2. The hydrogen production apparatus according to claim 1, wherein the reformed gas outlet is a gap formed over the entire circumference of the outer cylinder on the downstream side of the downstream end of the reforming catalyst layer. 前記開口部又は前記間隙は、前記底板の近傍に形成されている請求項3または4記載の水素製造装置。 The opening or the gap, the bottom plate hydrogen generating device according to claim 3 or 4, wherein formed in the vicinity of. 前記改質温度測定部は断熱部材で覆われている請求項1記載の水素製造装置。   The hydrogen production apparatus according to claim 1, wherein the reforming temperature measuring unit is covered with a heat insulating member. 前記底板の外面に複数の前記改質温度測定部が配設されている請求項1記載の水素製造装置。   The hydrogen production apparatus according to claim 1, wherein a plurality of the reforming temperature measuring units are disposed on an outer surface of the bottom plate. 前記底板の外面における、前記外筒または内筒の中心軸を中心とする同一円周上に前記改質温度測定部が配設されている請求項1記載の水素製造装置。   2. The hydrogen production apparatus according to claim 1, wherein the reforming temperature measuring unit is disposed on the same circumference around the central axis of the outer cylinder or the inner cylinder on the outer surface of the bottom plate. 前記底板の外面に凹部が形成され、該凹部に前記改質温度測定部が配設されている請求項1記載の水素製造装置。   The hydrogen production apparatus according to claim 1, wherein a concave portion is formed on an outer surface of the bottom plate, and the reforming temperature measuring unit is disposed in the concave portion. 前記複数の改質温度測定部で検出される温度の差異が予め設定された値以上に達した場合に、メンテナンス信号を発する制御部を備える請求項7記載の水素製造装置。   The hydrogen production apparatus according to claim 7, further comprising a control unit that issues a maintenance signal when a difference in temperature detected by the plurality of reforming temperature measuring units reaches a preset value or more. 請求項1に記載の水素製造装置と、前記水素製造装置から供給される燃料ガスを用いて発電する燃料電池と、を備える燃料電池発電装置。   A fuel cell power generation apparatus comprising: the hydrogen production apparatus according to claim 1; and a fuel cell that generates power using fuel gas supplied from the hydrogen production apparatus.
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