JP4167997B2 - 燃料ガス製造装置及びその始動方法 - Google Patents

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Description

本発明は、含水素燃料を改質することにより、水素リッチな燃料ガスを精製する燃料ガス製造装置及びその始動方法に関する。
例えば、天然ガス等の炭化水素燃料やメタノール等のアルコールを含む含水素燃料を改質して水素含有ガス（改質ガス）を得た後、この水素含有ガスから燃料ガスを精製して燃料電池等に供給する水素製造装置（燃料ガス製造装置）が採用されている。
例えば、特許文献１に開示されている水素製造装置は、図２１に示すように、都市ガス等の燃料が圧縮機１から供給される水添脱硫部２、脱硫後の燃料を水蒸気改質して水素含有ガス（水素リッチガス）を製造する水蒸気改質部３、前記水蒸気改質部３の周囲に外装され、水素と空気中の酸素とを触媒燃焼させる触媒燃焼部４、前記水素含有ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素及び水素に転換させるガス変成部５、及びガス変成後の水素含有ガスから高純度水素を圧力吸着により分離するＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）部６を備えている。
ＰＳＡ部６には、高純度水素を固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）７に供給する前に一時的に貯蔵する水素貯蔵タンク８と、このＰＳＡ部６で吸着除去されたオフガス（不要物）を一時的に貯蔵するオフガスホルダ９とが接続されている。オフガスホルダ９は、水蒸気改質部３を加熱するための燃料として、オフガスを触媒燃焼部４に供給している。
この場合、ＰＳＡ部６は、水素以外の成分を高圧下で選択的に吸着し、減圧下で脱着する吸着剤を充填した複数の吸着塔を設けている。そして、各吸着塔に、それぞれ吸着−脱着−置換−昇圧からなるサイクリック運転を行わせることにより、高純度水素を取り出す一方、他の成分をオフガスとして排出するように構成されている。
特開２００２−２０１０２号公報（図１）
ところで、上記の水素製造装置の運転を停止する際に、ＰＳＡ部６では、各塔の停止状態が予め設定されている。通常、３塔タイプの場合、２塔が高圧条件下に停止される一方、残りの１塔が略大気圧下に停止されており、次回の始動まで、この状態が維持されている。
しかしながら、水素製造装置の停止期間が長期になると、高圧条件下に保持されていた塔内では、化学平衡状態に移行して該塔内のガス組成分布が均一化する傾向にある。これにより、水素製造装置の始動時において、洗浄工程から開始すると、塔間を移動する洗浄ガス成分は、本来、水素ガスが主成分であるのに対して、該水素ガスに比べて配管抵抗の大きな二酸化炭素や窒素ガス等の不純物ガスが多くを含まれてしまう。
このため、洗浄ガスの流量が減少して放出されるオフガス量が減少し、触媒燃焼部４の容量に対してカロリーが不足する。従って、触媒燃焼部４の温度が低下するため、前記触媒燃焼部４に別途、燃料を供給する必要がある。
しかも、脱着工程においては、塔内に残存している多量のオフガスが触媒燃焼部４に供給されてしまい、前記触媒燃焼部４が異常温度に加熱されるおそれがある。これにより、触媒燃料部４に熱負担がかかるという問題がある。
本発明はこの種の問題を解決するものであり、ＰＳＡ機構の運転停止期間に係わらず、効率的且つ良好な始動を確実に遂行することが可能な燃料ガス製造装置及びその始動方法を提供することを目的とする。
本発明は、含水素燃料を改質して改質ガスを得る改質部と、ＰＳＡ機構により前記改質ガスから不要物を除去して水素リッチな燃料ガスを精製する精製部とを備え、前記ＰＳＡ機構は、各塔同士を連通して洗浄を行う洗浄弁と、前記塔内の残留ガスを排出するオフガス弁とを備える燃料ガス製造装置である。この含水素燃料とは、例えば、炭化水素又はアルコール等、水素を含む燃料をいう。
燃料ガス製造装置は、ＰＳＡ機構の運転停止期間又は該運転停止期間によって変動する内部状態に基づいて、少なくとも洗浄弁又はオフガス弁のいずれか一方の開度を予め設定し、次いで、実際に検出された前記運転停止期間又は前記内部状態に応じて少なくとも前記洗浄弁又は前記オフガス弁のいずれか一方の開度を調整するための制御部を備えている。この内部状態とは、ＰＳＡ機構の塔内圧力、加熱部の温度又はオフガス流量等をいう。
また、本発明は、含水素燃料を改質して改質ガスを得る改質部と、ＰＳＡ機構により前記改質ガスから不要物を除去して水素リッチな燃料ガスを精製する精製部とを備え、前記ＰＳＡ機構は、各塔同士を連通して洗浄を行う洗浄弁と、前記塔内の残留ガスを排出するオフガス弁とを備える燃料ガス製造装置の始動方法である。
先ず、ＰＳＡ機構の運転停止期間の増加に伴って又は前記運転停止期間によって変動する内部状態の定常運転時からの変動量の増加に伴って、少なくとも前記洗浄弁の開度を大きく設定し又は前記オフガス弁の開度を小さく設定する。次いで、実際に検出された運転停止期間又は内部状態に基づいて、少なくとも洗浄弁又はオフガス弁のいずれか一方の開度が調整される。
さらに、ＰＳＡ機構の始動時に、調整された開度で所定時間だけ運転を行った後、該開度を定常運転時の開度に調整する工程を有することが好ましい。
本発明では、洗浄弁及び／又はオフガス弁の開度が調整されているため、直前の該ＰＳＡ機構の運転停止期間に係わらず、例えば、洗浄工程での洗浄ガス量の減少によるオフガスのカロリー不足等が阻止される。さらに、脱着工程において、多量のオフガスが放出されることがなく、加熱部に熱負荷がかかることを有効に阻止することができる。これにより、効率的且つ良好な始動が確実に開始される。なお、洗浄工程とは、ＰＳＡ機構の各塔の減圧工程をいう。
図１は、本発明の実施形態に係る家庭用燃料ガス製造システム（燃料ガス製造装置）１０の概略構成図である。
家庭用燃料ガス製造システム１０は、含水素燃料、例えば、メタンやプロパン等の炭化水素燃料（以下、改質用燃料ともいう）の改質反応により水素リッチガス（以下、改質ガスという）を得る改質部１２と、前記水素リッチガスから高純度の水素ガス（以下、燃料ガスともいう）を精製する精製部１４と、前記燃料ガスを貯蔵する貯蔵部１６とを備える。
改質部１２は、燃焼触媒を有して改質用燃料を蒸発させる蒸発器１８を備える。蒸発器１８には、燃焼器（加熱部）２０が付設されるとともに、前記蒸発器１８には、水供給タンク２１が水コンプレッサ２３を介して接続される。
蒸発器１８の下流には、改質用燃料を改質して改質ガスを得る反応器２２が配設される。反応器２２の下流には、改質ガスを冷却する冷却器２４が配設されるとともに、この冷却器２４の下流には、冷却された前記改質ガスをガス成分と水分とに分離する気液分離器２６が配設される。この気液分離器２６で分離される水は、水供給タンク２１に供給される。
改質部１２には、空気供給機構２８が設けられる。空気供給機構２８は、空気コンプレッサ３０を備えるとともに、この空気コンプレッサ３０には、改質用空気供給路３２、燃焼用空気供給路３４及びオフガス排出用空気供給路３６が接続される。改質用空気供給路３２は、改質用空気により改質ガスを吸引するエゼクタ３７を介して蒸発器１８に接続され、燃焼用空気供給路３４は、反応器２２に加熱空気を供給するためのバーナー３５及び弁３７ａ、３７ｂを介してオフガス排出用空気供給路３６の途上に接続されるとともに、前記オフガス排出用空気供給路３６は、後述するＰＳＡ機構４２を経由して前記燃焼器２０に接続される。改質用空気供給路３２、燃焼用空気供給路３４及びオフガス排出用空気供給路３６は、弁３８ａ、３８ｂ及び３８ｃを介して空気コンプレッサ３０に接続可能である。
気液分離器２６の下流には、改質ガス供給路４０を介して精製部１４を構成するＰＳＡ機構４２が接続され、前記ＰＳＡ機構４２には、水分が分離された改質ガスが供給される。改質ガス供給路４０には、三方弁４４を介して分岐経路４６が接続されるとともに、前記三方弁４４の下流には、コンプレッサ４８及び冷却器５０が設けられる。
図２に示すように、ＰＳＡ機構４２は、コンプレッサ４８にそれぞれ接続可能な、例えば、３塔式圧力スイング吸着装置を構成しており、吸着塔６０ａ、６０ｂ及び６０ｃを備える。各吸着塔６０ａ〜６０ｃには、塔内の圧力を検出するための圧力センサ６２ａ〜６２ｃが設けられる。各吸着塔６０ａ〜６０ｃの出入口の下部には、オフガス弁６６ａ〜６６ｃが配設されるとともに、前記オフガス弁６６ａ〜６６ｃを介して前記吸着塔６０ａ〜６０ｃがオフガス排出路６８に接続される。
オフガス排出路６８には、流量制御弁７０、７２が併設されるとともに、前記オフガス排出路６８は、前記流量制御弁７０により始動燃料供給路７４を介してバーナー３５及び燃焼器２０に接続される。オフガス排出路６８は、エゼクタ７６を介してオフガス排出用空気供給路３６の途上に接続される。
各吸着塔６０ａ〜６０ｃの出入口の上部には、燃料ガス排出用弁８０ａ〜８０ｃと、洗浄弁８２ａ〜８２ｃとが設けられるとともに、前記吸着塔６０ａ〜６０ｃは、前記弁８０ａ〜８０ｃを介して燃料ガス経路８４に連通可能である。
図１に示すように、燃料ガス経路８４には、流量制御弁８６と圧力調整弁８８とが並列に設置されるとともに、コンプレッサ９０と弁９２とが並列に配置される。燃料ガス経路８４は、弁９４を介して貯蔵部１６を構成する充填タンク９６に接続されるとともに、前記燃料ガス経路８４の途上に、分岐燃料ガス経路９８が設けられ、この分岐燃料ガス経路９８には、弁１００を介してバッファタンク１０２が接続される。
充填タンク９６は、図示しない燃料電池車両に燃料ガスを供給する一方、バッファタンク１０２は、家庭内で定置型燃料電池（図示せず）を発電させるために、該定置型燃料電池に燃料ガスを供給するとともに、弁３７ｃを介して始動燃料供給路７４に始動燃料を供給する。
家庭用燃料ガス製造システム１０は、各補機類と通信及び制御を行うとともに、ＰＳＡ機構４２の始動時に、該ＰＳＡ機構４２の運転停止期間又は該運転停止期間によって変動する内部状態に基づいて、少なくとも洗浄弁８２ａ〜８２ｃ又はオフガス弁６６ａ〜６６ｃの一方の開度を調整するための制御部として、例えば、制御ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０４を備える。
このように構成される家庭用燃料ガス製造システム１０の動作について、以下に説明する。
家庭用燃料ガス製造システム１０では、制御ＥＣＵ１０４を介して空気コンプレッサ３０が運転されており、改質用空気、燃焼用空気及びオフガス排出用空気が、それぞれ改質用空気供給路３２、燃焼用空気供給路３４及びオフガス排出用空気供給路３６に送られる。
改質用空気供給路３２に供給される改質用空気は、蒸発器１８に供給されるとともに、この蒸発器１８には、例えば、天然ガス等の改質用燃料と水とが供給される。一方、燃焼器２０では、燃焼用空気及び必要に応じて水素等が供給されて燃焼が行われ、蒸発器１８では、改質用燃料及び水が蒸発する。
蒸発した改質用燃料は、反応器２２に送られる。この反応器２２では、改質用燃料中の、例えば、メタン、空気中の酸素及び水蒸気によって、酸化反応であるＣＨ4＋２Ｏ２→ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ（発熱反応）と、燃料改質反応であるＣＨ4＋２Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋４Ｈ２（吸熱反応）とが同時に行われる（オートサーマル方式）。
上記のように、反応器２２により改質された改質ガスは、冷却器２４によって冷却された後、気液分離器２６に供給される。この気液分離器２６で水分が分離された改質ガスは、改質ガス供給路４０を介してＰＳＡ機構４２に送られ、コンプレッサ４８で圧縮されて前記ＰＳＡ機構４２を構成する吸着塔６０ａ〜６０ｃに選択的に供給される（図２参照）。
その際、図３に示すように、ＰＳＡ機構４２では、例えば、吸着塔６０ａで吸着工程、吸着塔６０ｂでパージ工程及び吸着塔６０ｃで洗浄（減圧）工程が同時に行われる。このため、吸着塔６０ａ内では、水素以外の成分が吸着されて高濃度の水素（水素リッチ）を含む燃料ガスが精製され、この燃料ガスが燃料ガス経路８４に供給される。燃料ガスは、図１に示すように、コンプレッサ９０の作用下に充填タンク９６とバッファタンク１０２とに選択的に貯蔵される。
一方、吸着塔６０ｃ、６０ｂでは、図４に示すように、洗浄工程に移行した前記吸着塔６０ｃから前記吸着塔６０ｃ内に洗浄ガスが供給される。吸着塔６０ｃ内では、下部側に不純物リッチガスが存在する一方、上部側に水素リッチガスが存在している。このため、吸着塔６０ｃに洗浄弁８２ｂ、８２ｃを介して連通する吸着塔６０ｂには、該吸着塔６０ｃ内の上部に存在する水素リッチガスが洗浄ガスとして前記吸着塔６０ｂ内に導入される。吸着塔６０ｂ内では、上部側に水素リッチガスが増加するため、下方に存在している不純物リッチガスは、オフガスとしてオフガス弁６６ｂの開放作用下に放出される。
さらに、図３に示すように、吸着塔６０ａで吸着工程、吸着塔６０ｂで均圧工程及び吸着塔６０ｃで均圧工程を経た後、前記吸着塔６０ａで吸着工程、前記吸着塔６０ｂで昇圧工程及び前記吸着塔６０ｃで脱着工程が実施される。従って、吸着塔６０ｃでの脱着工程によるオフガス（全ての残圧）は、オフガス弁６６ｃの開放作用下にオフガス排出路６８に排出される（図５参照）。
オフガス排出路６８は、図１に示すように、オフガス排出用空気供給路３６に接続されており、該オフガス排出路６８に排出されたオフガスは、このオフガス排出用空気供給路３６に沿って流動するオフガス排出用空気を介して燃焼器２０に送られる。このオフガスは、燃焼器２０の燃焼用燃料として使用される。
上記のように、吸着塔６０ａ〜６０ｃでは、吸着工程、洗浄（減圧）工程、均圧工程、脱着工程及びパージ工程が、順次、行われることにより、ＰＳＡ機構４２で燃料ガスが連続的に精製される。この燃料ガスは、燃料ガス経路８４から貯蔵部１６に供給される。
ところで、家庭用燃料ガス製造システム１０では、家庭内における需要に応じて運転を行うため、起動及び停止が繰り返し行われるとともに、運転時間及び停止時間が一定とはならない。このため、家庭用燃料ガス製造システム１０では、例えば、数時間から数日間、さらに数週間にわたって運転が停止されることがある。
その際、ＰＳＡ機構４２では、各吸着塔６０ａ〜６０ｃの内部において定常のガスの流れが停止されてしまうため、この停止からの時間経過に伴って前記内部のガス組成が該内部の上下に渡って均一化していく。従って、始動時には、図４に示すように、吸着塔６０ｃから吸着塔６０ｂに流れる洗浄ガスは、不純物が混ざったガス流となる。
ここで、洗浄弁８２ｂ、８２ｃには、水素ガスよりも配管抵抗の大きな不純物ガスが多く流れるため、通常のガス移動時に比べて吸着塔６０ｃから吸着塔６０ｂに移動する洗浄ガス流量が減少してしまう。始動時の洗浄ガス量が少なくなると、図５に示すように、吸着塔６０ｃの脱着工程において多量のオフガスが放出されてしまう。これにより、吸着塔６０ｃの脱着工程における燃焼器２０の温度が上昇し過ぎて、該燃焼器２０に過大な熱負荷をかけることになる。
上記の現象を具体的に説明すると、例えば、家庭用燃料ガス製造システム１０において、ＰＳＡ機構４２を構成する吸着塔６０ａ〜６０ｃが、正常停止位置である位置Ｔ３で短時間、例えば、１時間だけ停止された後に始動が行われる。このため、図６に示すように、吸着塔６０ａ〜６０ｃの中、高圧条件下で保持されていた吸着塔６０ｃが洗浄工程から開始する際に、この吸着塔６０ｃの内圧が適度に低下する（破線領域Ａ参照）。
従って、吸着塔６０ｃ内の洗浄ガスは、吸着塔６０ｂに良好に導入され、この吸着塔６０ｂから燃焼器２０に供給されるオフガスカロリーが有効に維持される。これにより、燃焼器２０の温度は適度に上昇する（破線領域Ｂ参照）。そして、吸着塔６０ｃが均圧工程を経て脱着工程に移行すると、この吸着塔６０ｃ内のオフガスが燃焼器２０に供給され、前記燃焼器２０の温度が適温に維持される（破線領域Ｃ参照）。
次いで、例えば、一日の停止期間を経たＰＳＡ機構４２が、始動を開始する際、吸着塔６０ｃ内では、水素と不純物との混在化が発生している。このため、始動時に吸着塔６０ｃが洗浄工程から開始されると、この吸着塔６０ｃの内部上方には水素よりも配管抵抗の大きな不純物ガスが多量に存在し、図７に示すように、前記吸着塔６０ｃの内圧の低下が鈍くなる（破線領域Ａ１参照）。
従って、吸着塔６０ｃから吸着塔６０ｂに供給される洗浄ガス量が減少し、この吸着塔６０ｂから燃焼器２０に放出されるオフガス量が減少して、前記燃焼器２０の温度上昇が惹起されない（破線領域Ｂ１参照）。
そして、吸着塔６０ｃが均圧工程から脱着工程に移行する際、この吸着塔６０ｃ内のオフガス量が多いために、該吸着塔６０ｃ内の全ての残圧を放出する脱着工程では、燃焼器２０に対して多量のオフガスが放出され、前記燃焼器２０の温度が上昇する（破線領域Ｃ１参照）。
さらにまた、例えば、３日間の停止期間を経たＰＳＡ機構４２が始動を開始する際、吸着塔６０ｃ内では、一日の停止期間よりも不純物濃度が高い洗浄ガスが、この吸着塔６０ｃの上部に存在している。このため、吸着塔６０ｃから吸着塔６０ｂへの洗浄ガスの流れが阻止されて、該吸着塔６０ｃの内圧低下がさらに鈍くなる（図８中、破線領域Ａ２参照）。
このため、燃焼器２０に放出されるオフガス量が減少して、この燃焼器２０の温度上昇が惹起しない（破線Ｂ２参照）。従って、吸着塔６０ｃが脱着工程に移行すると、この吸着塔６０ｃから燃焼器２０に多量のオフガスが放出され、前記燃焼器２０の温度が相当に上昇してしまう（破線領域Ｃ２参照）。
そこで、本発明は、ＰＳＡ機構４２の停止期間に基づいて、少なくとも洗浄弁８２ａ〜８２ｃ又はオフガス弁６６ａ〜６６ｃの一方の開度を調整することにより、燃焼器２０に熱負荷をかけずにシステム始動を行うために、以下に説明する第１〜第４の実施形態に係る始動方法を採用する。
先ず、本発明の第１の実施形態に係る始動方法について、図９に示すフローチャートに沿って以下に説明する。
家庭用燃料ガス製造システム１０では、制御ＥＣＵ１０４に設けられた図示しないタイマーにより、ＰＳＡ機構４２の停止期間が読み取られる（ステップＳ１）。制御ＥＣＵ１０４では、読み取られた停止期間に基づいて、予め設定されている開度決定マップから洗浄弁８２ａ〜８２ｃ及びオフガス弁６６ａ〜６６ｃの初期開度が設定される（図１０及び図１１参照）。
ＰＳＡ機構４２の停止時間が長くなると、洗浄弁８２ａ〜８２ｃを通る不純物ガス濃度が高くなるため、図１０に示すように、停止時間の増加に伴って前記洗浄弁８２ａ〜８２ｃの初期開度を大きく設定する。不純物ガスは、水素ガスに比べて配管抵抗が大きいからである。
一方、停止時間が長くなると、脱着工程時に吸着塔６０ａ〜６０ｃから燃焼器２０に放出されるオフガス量が増加するため、図１１に示すように、停止時間の増加に伴ってオフガス弁６６ａ〜６６ｃの初期開度を小さく設定する。放出されるオフガス量を規制するためである。
そこで、ステップＳ３に進んで、家庭用燃料ガス製造システム１０の始動が開始される。さらに、所定時間だけ上記の開度で運転が行われた後（ステップＳ４中、ＹＥＳ）、ステップＳ５に進んで、洗浄弁８２ａ〜８２ｃ及びオフガス弁６６ａ〜６６ｃの開度が定常運転時の開度に調整される。
このように、ＰＳＡ機構４２の停止時間が長くなるのに従って、洗浄弁８２ａ〜８２ｃの初期開度を大きく設定することにより、不純物濃度が高い洗浄ガスを確実に通すことができる。例えば、始動時に洗浄工程から開始される吸着塔６０ｃから吸着塔６０ｂに洗浄ガスを確実に供給することが可能になり、該吸着塔６０ｃの内圧を良好に低下させることができる。
従って、吸着塔６０ｃが脱着工程に移行する際に、この吸着塔６０ｃから燃焼器２０に多量のオフガスが放出されることがなく、前記燃焼器２０に熱負荷がかかることを有効に阻止することが可能になるという効果が得られる。
一方、オフガス弁６６ａ〜６６ｃは、ＰＳＡ機構４２の停止時間の増加に伴って、初期開度が小さく設定される。これにより、例えば、脱着工程で吸着塔６０ｃ内から燃焼器２０にオフガスを放出する際に、この燃焼器２０に必要以上のオフガスカロリーを付与することがない。このため、ＰＳＡ機構４２では、効率的且つ良好な始動が確実に開始されるという利点がある。
なお、上記のように、洗浄弁８２ａ〜８２ｃの初期開度と、オフガス弁６６ａ〜６６ｃの初期開度とを、ＰＳＡ機構４２の停止時間に基づいて設定しているが、いずれか一方の初期開度を前記停止時間に基づいて設定し、他方の初期開度を定常開度に維持するようにしてもよい。また、以下に説明する第２〜第４の実施形態においても同様である。
本発明の第２の実施形態に係る始動方法について、図１２に示すフローチャートに沿って以下に説明する。
第２の実施形態では、先ず、家庭用燃料ガス製造システム１０の始動が開始される（ステップＳ１１）。この始動開始により洗浄工程を行う、例えば、吸着塔６０ｃにおいて、洗浄時の塔圧落ち幅の読み取りが行われる（ステップＳ１２）。さらに、この塔圧落ち幅に基づいて、洗浄弁８２ａ〜８２ｃ及びオフガス弁６６ａ〜６６ｃの初期開度が設定される（ステップＳ１３）。
塔圧落ち幅に基づく洗浄弁８２ａ〜８２ｃの初期開度は、図１３に示す開度決定マップにより設定される。洗浄弁８２ａ〜８２ｃを通る洗浄ガス中の不純物濃度が高くなると、この洗浄ガスの通過が阻止されて塔圧落ち幅が小さくなるため、この塔圧落ち幅が小さい程、前記洗浄弁８２ａ〜８２ｃの開度が大きく設定される。
一方、塔圧落ち幅に基づくオフガス弁６６ａ〜６６ｃの初期開度は、図１４に示す開度決定マップにより設定される。塔圧落ち幅が小さいと、吸着塔６０ｃ内に残留するオフガス濃度が高くなるため、この塔圧落ち幅が少ない程、オフガス弁６６ａ〜６６ｃの初期開度が小さく設定される。
次いで、ステップＳ１４に進んで、上記の初期開度で始動が所定時間だけ行われた後（ステップＳ１４中、ＹＥＳ）、ステップＳ１５に進んで、洗浄弁８２ａ〜８２ｃ及びオフガス弁６６ａ〜６６ｃの開度が定常開度に調整される。
また、第２の実施形態では、始動時のみに限定されるものではなく、定常時にも塔圧落ち幅の監視（読み取り）を継続して行い、該塔圧落ち幅に基づく洗浄弁８２ａ〜８２ｃ及びオフガス弁６６ａ〜６６ｃの開度を段階的に定常開度に調整することができる。
さらに、塔圧落ち幅の監視を数回行った後、異常が検出されない際には、該塔圧落ち幅の監視を停止する一方、異常が検出された際には、洗浄弁８２ａ〜８２ｃの開度調整を行えばよい。これにより、家庭用燃料ガス製造システム１０の運転がより安定して行われるという利点がある。
なお、以下に説明する第３及び第４の実施形態においても同様に、始動時に限定されるものではなく、定常時にも測定結果をフィードバックして洗浄弁８２ａ〜８２ｃ及びオフガス弁６６ａ〜６６ｃの開度を調整することができる。
本発明の第３の実施形態に係る始動方法について、図１５に示すフローチャートによって以下に説明する。
この第３の実施形態では、家庭用燃料ガス製造システム１０の始動が開始されると（ステップＳ２１）、洗浄時における燃焼器２０の温度上昇分が読み取られる（ステップＳ２２）。そして、この燃焼器２０の温度上昇分に基づいて、洗浄弁８２ａ〜８２ｃ及びオフガス弁６６ａ〜６６ｃの開度が、図１６及び図１７に示す開度決定マップに基づいて設定される。
図１６に示すように、燃焼器２０の温度上昇分が小さい場合には、洗浄ガスの流れが阻止されているため、洗浄弁８２ａ〜８２ｃの初期開度が大きく設定される。一方、図１７に示すように、燃焼器２０の温度上昇分が小さい場合には、この燃焼器２０に放出されるオフガス量が増大している。このため、オフガス量を減少させるために、オフガス弁６６ａ〜６６ｃの初期開度が小さく設定される。
この開度状態で、所定時間だけ運転が行われた後（ステップＳ２４中、ＹＥＳ）、ステップ２５に進んで、洗浄弁８２ａ〜８２ｃの開度及びオフガス弁６６ａ〜６６ｃの開度が定常開度に調整される。
本発明の第４の実施形態に係る始動方法について、図１８に示すフローチャートに沿って以下に説明する。
この第４の実施形態では、先ず、家庭用燃料ガス製造システム１０の始動が開始されると（ステップＳ３１）、ステップＳ３２に進んで、洗浄時のオフガス流量が測定される。このオフガス流量は、例えば、オフガス排出路６８に配置される図示しない流量計により測定される。このオフガス流量に基づいて、洗浄弁８２ａ〜８２ｃ及びオフガス弁６６ａ〜６６ｃの開度が、図１９及び図２０に示す開度決定マップから設定される（ステップＳ３３）。
図１９に示すように、洗浄時のオフガス流量が少ない場合には、洗浄ガスの流れが阻止されているため、洗浄弁８２ａ〜８２ｃの初期開度が大きく設定される。一方、図２０に示すように、洗浄時のオフガス流量が少ない場合には、脱着工程で燃焼器２０に放出されるオフガス流量が多くなるため、オフガス弁６６ａ〜６６ｃの初期開度が小さく設定される。
この状態で、所定時間だけ運転が行われた後（ステップＳ３４中、ＹＥＳ）、ステップＳ３５に進んで、洗浄弁８２ａ〜８２ｃ及びオフガス弁６６ａ〜６６ｃの開度が定常開度に調整される。
このように、第２〜第４の実施形態では、ＰＳＡ機構４２の停止期間によって変動する内部状態、例えば、前記ＰＳＡ機構４２の塔圧落ち幅、燃焼器２０の温度上昇分及び前記ＰＳＡ機構４２から放出される洗浄時のオフガス流量に基づいて、少なくとも洗浄弁８２ａ〜８２ｃ又はオフガス弁６６ａ〜６６ｃの一方の開度が調整される。
従って、ＰＳＡ機構４２の直前の運転停止期間に係わらず、洗浄工程及び脱着工程が円滑に行われて、オフガスカロリーの不足やオフガスカロリーの過剰放出を阻止することができる。これにより、特に燃焼器２０に熱負荷がかかることを有効に阻止することが可能になる等の効果が得られる。
本発明の実施形態に係る家庭用燃料ガス製造システムの概略構成図である。 前記家庭用燃料ガス製造システムを構成するＰＳＡ機構の要部構成説明図である。 前記ＰＳＡ機構の動作を説明するタイムチャートである。 吸着塔６０ｃから吸着塔６０ｂに洗浄ガスを供給する際の説明図である。 前記吸着塔６０ｃの脱着工程の説明図である。 一時間の停止期間を経たＰＳＡ機構が始動した際の説明図である。 一日の停止期間を経た前記ＰＳＡ機構が始動した際の説明図である。 ３日の停止期間を経た前記ＰＳＡ機構が始動した際の説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る始動方法を説明するフローチャートである。 停止時間に対する洗浄弁の初期開度決定マップである。 停止時間に対するオフガス弁の初期開度決定マップである。 本発明の第２の実施形態に係る始動方法を説明するフローチャートである。 塔圧落ち幅に対する洗浄弁の初期開度決定マップである。 塔圧落ち幅に対するオフガス弁の初期開度決定マップである。 本発明の第３の実施形態に係る始動方法を説明するフローチャートである。 燃焼器温度上昇分に対する洗浄弁の初期開度決定マップである。 燃焼器温度上昇分に対するオフガス弁の初期開度決定マップである。 本発明の第４の実施形態に係る始動方法を説明するフローチャートである。 洗浄時オフガス流量に対する洗浄弁の初期開度決定マップである。 洗浄時オフガス流量に対するオフガス弁の初期開度決定マップである。 特許文献１の概略系統図である。
符号の説明
１０…家庭用燃料ガス製造システム １２…改質部
１４…精製部 １６…貯蔵部
１８…蒸発器 ２０…燃焼器
２２…反応器 ２４、５０…冷却器
２６…気液分離器 ２８…空気供給機構
３０…空気コンプレッサ ４０…改質ガス供給路
４２…ＰＳＡ機構 ６０ａ〜６０ｃ…吸着塔
６２ａ〜６２ｃ…圧力センサ ６６ａ〜６６ｃ…オフガス弁
６８…オフガス排出路 ７０、７２…流量制御弁
７４…始動燃料供給路 ７６…燃料ガス経路
８０ａ〜８０ｃ…弁 ８２ａ〜８２ｃ…洗浄弁
８６…圧力調整弁 ９６…充填タンク
１０２…バッファタンク １０４…制御ＥＣＵ


Claims (3)

  1. 含水素燃料を改質して改質ガスを得る改質部と、複数の塔を有するＰＳＡ機構により前記改質ガスから不要物を除去して水素リッチな燃料ガスを精製する精製部とを備え、前記ＰＳＡ機構は、各塔同士を連通して洗浄を行う洗浄弁と、前記塔内の残留ガスを排出するオフガス弁とを備える燃料ガス製造装置であって、
    前記ＰＳＡ機構の運転停止期間又は前記運転停止期間によって変動する内部状態に基づいて、少なくとも前記洗浄弁又は前記オフガス弁のいずれか一方の開度を調整するための制御部を備え、
    前記制御部は、前記運転停止期間の増加に伴って又は前記内部状態の定常運転時からの変動量の増加に伴って、少なくとも前記洗浄弁の開度を大きく設定し又は前記オフガス弁の開度を小さく設定し、次いで、実際に検出された前記運転停止期間又は前記内部状態に応じて少なくとも前記洗浄弁又は前記オフガス弁のいずれか一方の開度を調整することを特徴とする燃料ガス製造装置。
  2. 含水素燃料を改質して改質ガスを得る改質部と、複数の塔を有するＰＳＡ機構により前記改質ガスから不要物を除去して水素リッチな燃料ガスを精製する精製部とを備え、前記ＰＳＡ機構は、各塔同士を連通して洗浄を行う洗浄弁と、前記塔内の残留ガスを排出するオフガス弁とを備える燃料ガス製造装置の始動方法であって、
    前記ＰＳＡ機構の運転停止期間の増加に伴って又は前記運転停止期間によって変動する内部状態の定常運転時からの変動量の増加に伴って、少なくとも前記洗浄弁の開度を大きく設定し又は前記オフガス弁の開度を小さく設定する工程と、
    前記運転停止期間又は前記内部状態を検出する工程と、
    実際に検出された前記運転停止期間又は前記内部状態に応じて少なくとも前記洗浄弁又は前記オフガス弁のいずれか一方の開度を調整する工程と、
    を有することを特徴とする燃料ガス製造装置の始動方法。
  3. 請求項２記載の始動方法において、前記ＰＳＡ機構の始動時に、前記調整された開度で所定時間だけ運転を行った後、該開度を定常運転時の開度に調整する工程を有することを特徴とする燃料ガス製造装置の始動方法。
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