(57)【要約】【課題】改質部に供給する改質水の水量を所望の水量に調整すること。【解決手段】供給される改質水にて水蒸気を生成して、その生成された水蒸気を燃料電池供給用の燃料ガスに混合させて改質させる改質部Ｋが設けられている燃料電池用の改質装置において、改質水タンク１７に貯留されている改質水を改質部に供給しかつその改質部に供給する改質水の水量を調整可能な改質水供給手段１８と、改質水タンク１７内に貯留されている改質水の水位を検出する改質水水位検出手段２０と、その改質水水位検出手段２０の検出情報から設定時間当たりの水位の変化量を求めて、その変化量に基づいて、改質水供給手段１９にて改質部に供給する改質水の水量を調整する制御手段５とが設けられている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給される改質水にて水蒸気を生成して、その生成された水蒸気を燃料電池供給用の燃料ガスに混合させて改質させる改質部が設けられている燃料電池用の改質装置であって、
改質水タンクに貯留されている改質水を前記改質部に供給しかつその改質部に供給する改質水の水量を調整可能な改質水供給手段と、前記改質水タンク内に貯留されている改質水の水位を検出する改質水水位検出手段と、その改質水水位検出手段の検出情報から設定時間当たりの水位の変化量を求めて、その変化量に基づいて、前記改質水供給手段にて前記改質部に供給する改質水の水量を調整する制御手段とが設けられている燃料電池用の改質装置。
【請求項２】
前記改質水水位検出手段が、前記改質水タンク内に貯留されている改質水の圧力を検出するように構成されている請求項１に記載の燃料電池用の改質装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、供給される改質水にて水蒸気を生成して、その生成された水蒸気を燃料電池供給用の燃料ガスに混合させて改質させる改質部が設けられている燃料電池用の改質装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような燃料電池用の改質装置は、燃料電池に供給する水素を改質反応により得るためのものであり、改質部において、改質水から水蒸気を生成して、その生成された水蒸気を燃料ガスに混合させて改質反応させることにより水素を得るようにしている。
【０００３】
上記のような燃料電池用の改質装置において、従来では、改質部に改質水を供給する流路中に改質水供給手段としてのポンプが設けられ、そのポンプを作動させることにより、改質水を改質部に供給して水蒸気を生成するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−８３６２０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような燃料電池用の改質装置では、改質反応を行うために、改質部に供給する改質水の水量を所望の水量に調整することが要求される。
そこで、上記従来の燃料電池用の改質装置において、改質部に改質水を供給する流路のうち、ポンプの設置箇所よりも改質水の流動方向の下流側に羽根車式などの流量計を設けて、その流量計の検出値が所望の水量となるように、ポンプの回転速度を調整する制御手段を設けることが考えられる。
【０００６】
しかしながら、例えば、燃料電池の発電出力が１ｋＷ程度のものでは、改質部に供給すべき所望の水量が０．０１リットル／分程度と極微量であることや、改質水には溶存気体が多く溶け込んでいるために、配管内に気泡が生じ易く、その気泡が正確な流量測定を阻害する虞があるので、羽車式の流量計などでは、改質部に供給される改質水の水量を正確に検出することができない虞がある。
したがって、改質部に供給される改質水の水量を正確に検出することができなければ、改質水供給手段にて改質部に供給する改質水の水量を所望の水量に調整することができないことになる。
【０００７】
本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、改質部に供給する改質水の水量を所望の水量に調整することができる燃料電池用の改質装置を提供する点にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項１に記載の発明によれば、供給される改質水にて水蒸気を生成して、その生成された水蒸気を燃料電池供給用の燃料ガスに混合させて改質させる改質部が設けられている燃料電池用の改質装置において、
改質水タンクに貯留されている改質水を前記改質部に供給しかつその改質部に供給する改質水の水量を調整可能な改質水供給手段と、前記改質水タンク内に貯留されている改質水の水位を検出する改質水水位検出手段と、その改質水水位検出手段の検出情報から設定時間当たりの水位の変化量を求めて、その変化量に基づいて、前記改質水供給手段にて前記改質部に供給する改質水の水量を調整する制御手段とが設けられている。
【０００９】
すなわち、改質水供給手段は、改質水タンクに貯留されている改質水を改質部に供給するので、改質部に供給される改質水の水量分だけ改質水タンク内に貯留されている改質水の水位に変化が生じることになる。
そして、改質水供給手段にて改質部に供給する改質水の水量が極微量であっても、その極微量だけ改質部に改質水が供給される状態が継続することにより、改質水タンク内に貯留されている改質水の水位の変化量を改質水水位検出手段にて検出することができることになる。
【００１０】
前記制御手段は、改質水水位検出手段の検出情報から設定時間当たりの水位の変化量を求めるので、改質水供給手段にて改質部に供給する改質水の水量が極微量であっても、その極微量だけ改質部に改質水が供給される状態の継続により改質水水位検出手段にて検出される水位の変化量から、改質部に供給される改質水の水量分に応じた設定時間当たりの水位の変化量を求めることができることになる。
そして、制御手段は、改質水水位検出手段の検出情報から求めた設定時間当たりの水位の変化量に基づいて、改質水供給手段にて改質部に供給する改質水の水量を調整するので、改質水供給手段にて改質部に供給する改質水の水量を所望の水量に調整することができることになる。
したがって、改質部に供給する改質水の水量を所望の水量に調整することができる燃料電池用の改質装置を提供できるに至った。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、前記改質水水位検出手段が、前記改質水タンク内に貯留されている改質水の圧力を検出するように構成されている。
【００１２】
すなわち、改質水タンク内に貯留されている改質水の水位が変化すると、改質水タンク内に貯留されている改質水の圧力も変化することになるので、改質水水位検出手段が、改質水タンク内に貯留されている改質水の圧力を検出することにより、改質水タンク内に貯留されている改質水の水位を検出できることになる。
そして、改質水タンク内に貯留されている改質水の圧力は、単に圧力式のセンサを設けるだけで検出することができるので、改質水水位検出手段の構成の簡素化を図ることができることになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる燃料電池用の改質装置を燃料電池システムに適応した例を図面に基づいて説明を加える。
この燃料電池システムは、図１に示すように、燃料電池１、燃料電池１に供給する水素含有ガスとしての燃料ガスを生成するガス生成部２、燃料電池１に酸素含有ガスとしての空気を供給するブロア３、燃料電池１から出力される直流電力を交流電力に変換して電力消費機器に供給するインバータ４、燃料電池１の運転を制御する制御手段としての運転制御部５などから構成されている。
【００１４】
前記燃料電池１は、例えば、高分子型の燃料電池を備え、ガス生成部２にて生成されて燃料ガス供給路６を通して供給される燃料ガス中の水素と、ブロア３から空気供給路７を通して供給される空気中の酸素とを電気化学反応させて発電するように構成されている。
【００１５】
前記ガス生成部２は、供給される都市ガスなどの炭化水素系の原燃料ガスを脱硫処理する脱硫部８、供給される改質水にて水蒸気を生成して、その生成された水蒸気を脱硫部８から排出される脱硫原燃料ガスに混合させて改質させて水素ガスと一酸化炭素ガスを含有する改質ガスに改質させる改質部Ｋ、その改質部Ｋから排出される改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気にて二酸化炭素に変成処理する変成部１１、その変成部１１から排出される変成ガス中に残留している一酸化炭素を除去するＣＯ除去部１２を備えて構成されている。
【００１６】
そして、改質部Ｋは、供給される改質水にて水蒸気を生成する水蒸気生成部９と、水蒸気生成部９にて生成された水蒸気を脱硫原燃料ガスに混合させて改質反応させる改質処理部１０とから構成されている。
前記改質処理部１０における改質反応が吸熱反応であるので、図示はしない改質用バーナの燃焼熱により改質処理部１０を加熱する改質処理用加熱部１３が設けられている。
【００１７】
ちなみに、改質用バーナは、燃料電池１からのオフガスを排燃料ガス路１４を通して供給するとともに、ブロア３からの空気を空気供給路７から分岐された燃焼用空気供給路１５を通して供給することにより燃焼させるように構成されている。
また、改質用バーナにおける燃焼排ガスは、水蒸気生成部９において、水蒸気を生成するための熱源として使用するように構成されている。
【００１８】
前記脱硫部５に原燃料ガスを供給する燃料ガス供給路６の流路中には、燃料電池１への燃料ガス供給量を調整する燃料ガス供給量調整弁１６が設けられている。
そして、運転制御部５が、燃料ガス供給量調整弁１６の開度とブロア３の作動状態を制御することにより、燃料電池１に供給する燃料ガスの供給量および空気の供給量を調整して、燃料電池１からの発電出力を調整するように構成されている。
【００１９】
また、水蒸気生成部９に改質水を供給するために、改質水を貯留する改質水タンク１７が設けられ、改質水タンク１７に貯留されている改質水を改質水供給路１９を通して水蒸気生成部９に供給しかつその水蒸気生成部９に供給する改質水の水量を調整可能な改質水供給手段としての改質水供給ポンプ１８が設けられている。
そして、運転制御部５は、改質水供給ポンプ１８の回転速度を調整することにより、水蒸気生成部９に供給する改質水の水量を調整するように構成されている。
【００２０】
前記改質水供給路１９には、改質水水位検出手段としての圧力式の水位センサ２０が設けられ、その水位センサ２０は、改質水タンク１７内に貯留されている改質水の圧力を検出することにより、改質水タンク１７内に貯留されている改質水の水位を検出するように構成されている。
【００２１】
ちなみに、図示はしないが、改質水タンク１７には、改質水タンク１７内に貯留されている改質水の水位の上限を検出する上限センサと下限を検出する下限センサとが設けられ、改質水タンク１７に給水するためのタンク給水路には、補給水電磁弁が設けられている。
そして、下限センサにて改質水の水位が下限となると、上限センサにて改質水の水位が上限となるまで補給水電磁弁を開弁させて、改質水タンクへ改質水を補給するように構成されている。
【００２２】
前記運転制御部５は、改質水供給ポンプ１８にて水蒸気生成部９に供給する改質水の水量を調整することにより、水蒸気生成部９にて生成する水蒸気の量を調整して、改質処理部１０にて改質反応させるように構成されているので、以下、その構成について説明を加える。
前記運転制御部５は、水位センサ２０の検出情報から設定時間当たりの水位の変化量を求めて、その変化量に基づいて、改質水供給ポンプ１８にて水蒸気生成部９に供給する改質水の水量を調整するように構成されている。
【００２３】
説明を加えると、運転制御部５は、燃料電池１の発電出力がある一定値になるように、燃料電池１に供給する燃料ガスの供給量および空気の供給量を調整している燃料電池１の定常状態において、改質水タンク１７内に貯留されている改質水の水位を水位センサ２０にて検出するように構成されている。
そして、運転制御部５は、水位センサ２０の検出情報から設定時間当たりの水位の変化量を求めて、その変化量に基づいて、水蒸気生成部９に供給する改質水の水量が改質反応を行うために水蒸気生成部９に供給すべき所望の水量になるように、改質水供給ポンプ１８の回転速度を調整するように構成されている。
ちなみに、改質反応を行うために水蒸気生成部９に供給すべき所望の水量とは、改質処理部１０にて改質反応を行うために、水蒸気生成部９にて生成すべき水蒸気の量を生成できるだけの水量である。
【００２４】
〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、改質水水位検出手段として、圧力式の水位センサ２０を例示したが、改質水水位検出手段としては、例えば、超音波センサや静電容量センサなど、改質水タンク１７に貯留されている改質水の水位を検出することが可能な各種のセンサが適応可能である。
【００２５】
（２）上記実施形態では、改質水タンク１７の形状についてとくに規定していないが、例えば、改質水タンク１７の形状を縦長状として、改質水タンク１７から水蒸気生成部９に供給される改質水の水量が少量であっても、改質水タンク１７内に貯留されている改質水の水位が極力変化するように構成してもよい。
【００２６】
（３）上記実施形態では、燃料電池１が、高分子型である例を示したが、リン酸型のものなど各種の燃料電池を適応することが可能である。
【００２７】
（４）上記実施形態では、本発明にかかる燃料電池用の改質装置を適応した燃料電池システムの一例を示したが、各種の燃料電池システムに適応可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料電池システムの概略構成図
【符号の説明】
５              制御手段
１７            改質水タンク
１８            改質水循環ポンプ
２０            改質水水位検出手段
Ｋ              改質部
【図１】
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