JPS6148761A - 燃料電池発電システムのガス分析装置 - Google Patents
燃料電池発電システムのガス分析装置Info
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- JPS6148761A JPS6148761A JP59172022A JP17202284A JPS6148761A JP S6148761 A JPS6148761 A JP S6148761A JP 59172022 A JP59172022 A JP 59172022A JP 17202284 A JP17202284 A JP 17202284A JP S6148761 A JPS6148761 A JP S6148761A
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- gas
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は、燃料電池発電システムの改質装置で生成き
れる６、貝ガスの組成めるいはその組成の濃度全分析す
る装置に関するものである。
れる６、貝ガスの組成めるいはその組成の濃度全分析す
る装置に関するものである。
第１図は例えばガス・クロマトグラフィを用いた従来の
燃料電池発電システムのガス分析装置金示す構１戊図で
ある。このガス・クロマトグラフィによるガス組成の分
析原理は例えばプロセス計測ｒｂ＝制御便覧新版（昭和
４５手１１月２５日日刊工業新聞社発行）Ｐ・３９３〜
Ｐ・３９６に示纒れている。
燃料電池発電システムのガス分析装置金示す構１戊図で
ある。このガス・クロマトグラフィによるガス組成の分
析原理は例えばプロセス計測ｒｂ＝制御便覧新版（昭和
４５手１１月２５日日刊工業新聞社発行）Ｐ・３９３〜
Ｐ・３９６に示纒れている。
第１図において、ｉｌ＋は改質装置、（２）は改質触媒
が充填された改質触媒層、（３）はこの改質触媒層（２
）に天然ガス等のＩｊＡ燃料と水蒸気との混合ガスを供
給する流路、ｔ４１は改質装置ｉｌｌで改質及び伝火反
応を生じて生成された水素を含む改質ガスの流路、（５
）は改質ガスの組成及びその組成の濃度を分析する分析
器であるガス・クロマトグラフィ、（６）は改質ガスの
一部をガス・クロマトグラフィ（５）に送るサンプル流
路である。
が充填された改質触媒層、（３）はこの改質触媒層（２
）に天然ガス等のＩｊＡ燃料と水蒸気との混合ガスを供
給する流路、ｔ４１は改質装置ｉｌｌで改質及び伝火反
応を生じて生成された水素を含む改質ガスの流路、（５
）は改質ガスの組成及びその組成の濃度を分析する分析
器であるガス・クロマトグラフィ、（６）は改質ガスの
一部をガス・クロマトグラフィ（５）に送るサンプル流
路である。
人に動作について説明する。改質ガスの流路（４）を流
れる改質ガスの一部τサンプル流路（６）から試料ガス
としてガス・クロマトグラフィ（５）へ送る。ガス・ク
ロマトグラフィ（６）は、適当な固体の充填剤をつめ込
んだ細長い筒（カラム〕を持ち、カラムには一定流路の
キャリアガス（Ｖ索〕が流ｎでおりそのカラムにある一
定量の試料ガスを注入すると、試料ガスの成分の種類に
応じて充填剤に吸収または吸着される度合いが異なるた
めに、カラム中を進行する速度に差異を生じ、カラムの
終端では成分毎に態別に分離されて出てくる。カラム終
端においてキャリアガスのガス検出器（例えば熱伝導率
式ガス分析計）全設けて、時間経過に対する検出器の出
力信号を測定すれば、第２図に示′ｒようなピーク状の
白線が？υられる・試料ガスｔカラムに尋人してから一
つのピークが得ら几るまでの時間は物質に特イＪの値で
ｅｂり、逆にその時間から試料ガスの組成がわかり、ま
たピークの面積は特定成分の量に比例しておシ、試料ガ
スの祖収毎の濃度がわかる。
れる改質ガスの一部τサンプル流路（６）から試料ガス
としてガス・クロマトグラフィ（５）へ送る。ガス・ク
ロマトグラフィ（６）は、適当な固体の充填剤をつめ込
んだ細長い筒（カラム〕を持ち、カラムには一定流路の
キャリアガス（Ｖ索〕が流ｎでおりそのカラムにある一
定量の試料ガスを注入すると、試料ガスの成分の種類に
応じて充填剤に吸収または吸着される度合いが異なるた
めに、カラム中を進行する速度に差異を生じ、カラムの
終端では成分毎に態別に分離されて出てくる。カラム終
端においてキャリアガスのガス検出器（例えば熱伝導率
式ガス分析計）全設けて、時間経過に対する検出器の出
力信号を測定すれば、第２図に示′ｒようなピーク状の
白線が？υられる・試料ガスｔカラムに尋人してから一
つのピークが得ら几るまでの時間は物質に特イＪの値で
ｅｂり、逆にその時間から試料ガスの組成がわかり、ま
たピークの面積は特定成分の量に比例しておシ、試料ガ
スの祖収毎の濃度がわかる。
従来の燃ＰＦ電池発電システムのガス分析装置は以上の
ように構成されているので、テンプル流路（６）に滞留
する試料ガスの分だけ分析が遅れたり、また、一般にガ
ス・クロマトグラフィｔ５１は局側な袋はであるなどの
欠点が６っ之。
ように構成されているので、テンプル流路（６）に滞留
する試料ガスの分だけ分析が遅れたり、また、一般にガ
ス・クロマトグラフィｔ５１は局側な袋はであるなどの
欠点が６っ之。
この発明は上記のような従来のものの欠点？除去するた
めになされたもので、改質装置の改質触媒層での改質及
び伝火反応の反応温度１反応圧力と、原燃料と水蒸気の
流路に閃ゎる電とから、改質装置で生成される改質ガス
の組成あるいは濃度を算出できる演算装置金膜けること
により、経済的で、迅速かつ高精度な燃料電池発電シス
テムのガス分析装置を提供すること全目的としている。
めになされたもので、改質装置の改質触媒層での改質及
び伝火反応の反応温度１反応圧力と、原燃料と水蒸気の
流路に閃ゎる電とから、改質装置で生成される改質ガス
の組成あるいは濃度を算出できる演算装置金膜けること
により、経済的で、迅速かつ高精度な燃料電池発電シス
テムのガス分析装置を提供すること全目的としている。
以下、この発明の一×施例を図について説明する。第３
図において、（１）〜１４１１’ｌ：上述した従来装置
の構成と同様である。（７）は原燃料流路、（８）ｒｌ
：原燃料流路（７）に設けられた流量検出器、（９）は
スチーム（水蒸気）流路、 （１０１はスチーム流路（
９）に設けられた流量検出器、（ｌすは改質触媒層（２
）の出口すぐに設けられた温度検出器、＠は改質ガスの
流路（４）に設けられた圧力検出器、（１３１は流量検
出器（８）で検出された原燃料の流量信号、圓は匠量検
出器（１０）で検出されたスチームの流量信号、（１６
）は温度検出器（ｌりで検出された改質ガスの温度信号
、（１６）は圧力検出器μｓで検出された改質ガスの圧
力信号、Ｑηはこれら各検出器ｔ８） 、 ！１０１
、 （１す。
図において、（１）〜１４１１’ｌ：上述した従来装置
の構成と同様である。（７）は原燃料流路、（８）ｒｌ
：原燃料流路（７）に設けられた流量検出器、（９）は
スチーム（水蒸気）流路、 （１０１はスチーム流路（
９）に設けられた流量検出器、（ｌすは改質触媒層（２
）の出口すぐに設けられた温度検出器、＠は改質ガスの
流路（４）に設けられた圧力検出器、（１３１は流量検
出器（８）で検出された原燃料の流量信号、圓は匠量検
出器（１０）で検出されたスチームの流量信号、（１６
）は温度検出器（ｌりで検出された改質ガスの温度信号
、（１６）は圧力検出器μｓで検出された改質ガスの圧
力信号、Ｑηはこれら各検出器ｔ８） 、 ！１０１
、 （１す。
四からの各信号県、圓１０５１ 、 （ｌＦｔ−人力し
、改質ガスのＫｉ成及びその組成の濃度を算出する演算
装置である。
、改質ガスのＫｉ成及びその組成の濃度を算出する演算
装置である。
次に動作について説明する。検出器ｔ８） ＋ ｔｌｏ
ｌ 。
ｌ 。
ｔｏ） ＋口はそれぞれ原燃料流量、スチーム流量、改
質触媒層＋２１の出口の改質ガス温度、改質ガス圧力を
検出する。
質触媒層＋２１の出口の改質ガス温度、改質ガス圧力を
検出する。
演算装置りηはこれらの検出信号μＪｌ ＋ １’４１
＋ ｔＩ５１ 、用七入力し、例えば以下の考え方に
従って改頁ガスの組成及びその組成の濃度を演算する。
＋ ｔＩ５１ 、用七入力し、例えば以下の考え方に
従って改頁ガスの組成及びその組成の濃度を演算する。
一般に改ＪＪｃ触媒層（２）におけるメタン（ＣＨＪ’
を主成分とする原燃料とスチーム（ＨｚＯ）との反応は
次に示し次反応が生じていると考えられる。
を主成分とする原燃料とスチーム（ＨｚＯ）との反応は
次に示し次反応が生じていると考えられる。
ｔｅｌ改質反応 ＯＨ４＋ＨＨＯ２→Ｃｏ ＋ ３Ｈｓ
（ｂ１転化反応 Ｃｏ ＋ Ｈ＠Ｏ−ＣＯ２＋ Ｈｚ
天然ガスなどの糸撚１＋はメタン生成分であるが、それ
以外にも少量のエタン（Ｃ工Ｈ６人プロパン（Ｃ，ａＳ
）、メタン（Ｃ４Ｈ１０）などが含１れているが、改質
触媒層（２）の出口での改頁ガスには、未反応成分とじ
てはメタン以外はほとんど検出されない。それ故に次の
反応が１００％起こるものとしてメタンへの換算を行う
。
（ｂ１転化反応 Ｃｏ ＋ Ｈ＠Ｏ−ＣＯ２＋ Ｈｚ
天然ガスなどの糸撚１＋はメタン生成分であるが、それ
以外にも少量のエタン（Ｃ工Ｈ６人プロパン（Ｃ，ａＳ
）、メタン（Ｃ４Ｈ１０）などが含１れているが、改質
触媒層（２）の出口での改頁ガスには、未反応成分とじ
てはメタン以外はほとんど検出されない。それ故に次の
反応が１００％起こるものとしてメタンへの換算を行う
。
１０１ Ｃ！２ Ｈａ ＋ Ｈｌ Ｏ→ＯＨ４＋Ｃｏ
＋ ２Ｈ２ｔａｌ ｃ、 ｌ（、＋ ２Ｈ２０−ＣＨ４
＋ ２００ ＋ ４Ｈ２ｔｅｌ ０４Ｈ＋ｏ ＋ ３
Ｈ２０−０１％ ＋ ｒｄＣＯ十〇Ｈ２以上より例えば
ＣＨ４： ＣｚＨ６：○ｓｅａ ： Ｃ４Ｈ＋ｏ ＝α
：β：γ：ａの成分比の原燃料はメタン換算上行なう（
！： ＣＨ４： Ｃｏ ：Ｈ２：ＨＡ ＝ ｌ 二〇ｒ
： ２１：＋ ： −Ｃ＠と表わされる。（ａｔ ＝
β＋２γ＋８１．α＋β＋γ＋ａ＝Ｘ）この場合の改質
反Ｅｆ３１ａｌ及び転化反応［０１の平衡定賊ヲそれぞ
れにｐａ 、ＪＣｐｂとすれば次のここで、Ｘ、Ｙはそ
れぞれ改質反応（ａｌ、転化反Ｅ３ （ｂｌの反ｆ３
ｑｌ （０＜ Ｘ ｏ ｒ Ｙ ’−１）、Ｓはスチー
ムメタン比、Ｐ ａｔｎは前記圧力検出器四にて検出さ
レル改質ガス圧力（反応圧力〕である◎なお、スチーム
メタン比Ｓはメタン換算前の原燃料中のメタンにズリす
るスチームの比でろり、次式により求める。
＋ ２Ｈ２ｔａｌ ｃ、 ｌ（、＋ ２Ｈ２０−ＣＨ４
＋ ２００ ＋ ４Ｈ２ｔｅｌ ０４Ｈ＋ｏ ＋ ３
Ｈ２０−０１％ ＋ ｒｄＣＯ十〇Ｈ２以上より例えば
ＣＨ４： ＣｚＨ６：○ｓｅａ ： Ｃ４Ｈ＋ｏ ＝α
：β：γ：ａの成分比の原燃料はメタン換算上行なう（
！： ＣＨ４： Ｃｏ ：Ｈ２：ＨＡ ＝ ｌ 二〇ｒ
： ２１：＋ ： −Ｃ＠と表わされる。（ａｔ ＝
β＋２γ＋８１．α＋β＋γ＋ａ＝Ｘ）この場合の改質
反Ｅｆ３１ａｌ及び転化反応［０１の平衡定賊ヲそれぞ
れにｐａ 、ＪＣｐｂとすれば次のここで、Ｘ、Ｙはそ
れぞれ改質反応（ａｌ、転化反Ｅ３ （ｂｌの反ｆ３
ｑｌ （０＜ Ｘ ｏ ｒ Ｙ ’−１）、Ｓはスチー
ムメタン比、Ｐ ａｔｎは前記圧力検出器四にて検出さ
レル改質ガス圧力（反応圧力〕である◎なお、スチーム
メタン比Ｓはメタン換算前の原燃料中のメタンにズリす
るスチームの比でろり、次式により求める。
一方で、平衡定数Ｋｐｈ 、圧ｐｂは一般に以下のよ５
な温度の開数として表わすことができる◎Ｋｐａ −Ｋ
ｐｂ（Ｔ−ΔＴａ） Ｋｐ（１＝ Ｋｐｂ（Ｔ−ΔＴｂ） ここで、Ｔさｊは温度検出器（１１）によりて検出さｎ
る改質触Ｍｉ一層（２）の出口の改質ガス温度（反応温
度〕、ΔＴａ、ΔＴｌ）はそれぞれ改質反応（ｍｌ、転
化反Ｆ３（ｂｌのアプローチュ反嘱）である。アプロー
チ温度Δ’ｒａ、＊’ｒｂは化学量論式（ａｌ 、 ＋
ｂ１で想定される理想的化学平衡にどれだけ改質触媒層
（２）での反応が近ついているか、即ち反応が進んでい
るか？、ＴＩｆＡ反金尺反として吸わすものであり、−
吠にはΔ’ｆａＮ２０ Ｇ”Ｊ ＋Δｒｂ： 整７ ク
ラｒ−ｃ；ｂ ル。
な温度の開数として表わすことができる◎Ｋｐａ −Ｋ
ｐｂ（Ｔ−ΔＴａ） Ｋｐ（１＝ Ｋｐｂ（Ｔ−ΔＴｂ） ここで、Ｔさｊは温度検出器（１１）によりて検出さｎ
る改質触Ｍｉ一層（２）の出口の改質ガス温度（反応温
度〕、ΔＴａ、ΔＴｌ）はそれぞれ改質反応（ｍｌ、転
化反Ｆ３（ｂｌのアプローチュ反嘱）である。アプロー
チ温度Δ’ｒａ、＊’ｒｂは化学量論式（ａｌ 、 ＋
ｂ１で想定される理想的化学平衡にどれだけ改質触媒層
（２）での反応が近ついているか、即ち反応が進んでい
るか？、ＴＩｆＡ反金尺反として吸わすものであり、−
吠にはΔ’ｆａＮ２０ Ｇ”Ｊ ＋Δｒｂ： 整７ ク
ラｒ−ｃ；ｂ ル。
従って、改質触媒層（２１の出口の改質ガス温度から平
衡定数Ｋｐａ、Ｋｐｂｔ氷めることで（第１式）。
衡定数Ｋｐａ、Ｋｐｂｔ氷めることで（第１式）。
（第２式）は改質反応率Ｘ及び転化反応率Ｙについての
連立方程式となり、これを解くことができ改質反応率Ｘ
、転化反応＊Ｙを求める。
連立方程式となり、これを解くことができ改質反応率Ｘ
、転化反応＊Ｙを求める。
改質及び転化反応率Ｘ、Ｙが求まれば、次の式を用いて
改質ガスの組成、濃度流量を演算する。
改質ガスの組成、濃度流量を演算する。
ＦＲＧ ＝ ｙｍｃ・（ｓ＋１＋ｚｘ＋ｚｃ１）′
ｆＲＧＣｄ＋、、、 （１−ｘ ）ＦＲＧ ＸＲ＋ｊＨ１＝ （３Ｘ ＋ Ｙ ＋２ Ｃ１）
ＦＲＧ ここでＦ□ＲＧ（ＮＨ４，）は改質ガス流量、ＹＲＧｌ
は改質ガス中の成分１のＱｊＪｇ （１００Ｘ ＹＲＧ
Ｌ （％））である。
ｆＲＧＣｄ＋、、、 （１−ｘ ）ＦＲＧ ＸＲ＋ｊＨ１＝ （３Ｘ ＋ Ｙ ＋２ Ｃ１）
ＦＲＧ ここでＦ□ＲＧ（ＮＨ４，）は改質ガス流量、ＹＲＧｌ
は改質ガス中の成分１のＱｊＪｇ （１００Ｘ ＹＲＧ
Ｌ （％））である。
以上のような演算を演算装置−で行うようにしているの
で、従来のように改質ガスの分析に時間的な遅れを生じ
ることがなく、筐た、高価なガス・クロマトグラフィと
使用することなく安価にがっ正確に改質ガス七分析する
ことかでさる。
で、従来のように改質ガスの分析に時間的な遅れを生じ
ることがなく、筐た、高価なガス・クロマトグラフィと
使用することなく安価にがっ正確に改質ガス七分析する
ことかでさる。
なお、上記実施例では、流量上検出する手段としては、
流量検出器＋ａ） ＋ （１０１ｋ示しているが、一般
に流量を検出するには温圧補正が必要でら９、温圧補正
臓能をもつ戎量検出器とするかｌたは別途流路（７１、
［９１に設けられた温度及び圧力検出器の出力信号を演
算装置ｌＩηに入力し、演算装置αη内で、温圧補正演
算を行なってもよい。
流量検出器＋ａ） ＋ （１０１ｋ示しているが、一般
に流量を検出するには温圧補正が必要でら９、温圧補正
臓能をもつ戎量検出器とするかｌたは別途流路（７１、
［９１に設けられた温度及び圧力検出器の出力信号を演
算装置ｌＩηに入力し、演算装置αη内で、温圧補正演
算を行なってもよい。
−〔発明の効果〕
以上の二うに、この発明によれば、改質触媒層での改質
及び転（ヒ反応の反応温度１反応圧力と、尉ξ燃料と水
蒸気の流量に閃わる値から演算装置によって改質ガスの
組成あるいは濃度を算出するように構成したので、経済
的で、迅速かつ高精度な燃料電池発電システムのガス分
析装置金得ることができる。
及び転（ヒ反応の反応温度１反応圧力と、尉ξ燃料と水
蒸気の流量に閃わる値から演算装置によって改質ガスの
組成あるいは濃度を算出するように構成したので、経済
的で、迅速かつ高精度な燃料電池発電システムのガス分
析装置金得ることができる。
第１図及び第２図は従来の燃料砥池発或システムのガス
分析装置を示す構取図及び糸理図、第８図はこの発明の
一夫嵐的による：獣料電池発厄システムのガス分析装置
を示す構１喪図である。 図において、（１）は改質装置、（２）は改質触媒層、
（４）は改質ガスの流路、＋８１ 、 （１０１は流風
検出器、（ｌりは温度検出器、（６）に圧力検出器、９
ηは演算装置である。 なお、図中、同一符号に同一、又に十目当部分を示す。
分析装置を示す構取図及び糸理図、第８図はこの発明の
一夫嵐的による：獣料電池発厄システムのガス分析装置
を示す構１喪図である。 図において、（１）は改質装置、（２）は改質触媒層、
（４）は改質ガスの流路、＋８１ 、 （１０１は流風
検出器、（ｌりは温度検出器、（６）に圧力検出器、９
ηは演算装置である。 なお、図中、同一符号に同一、又に十目当部分を示す。
Claims (3)
- （１）天然ガスなどの原燃料を水蒸気とともに改質触媒
が充填された改質触媒層へ供給し、改質及び転化反応を
生じさせて、水素を含む改質ガスを生成する改質装置を
備えた燃料電池発電システムにおいて、上記改質及び転
化反応の反応温度、反応圧力と、上記改質触媒層へ供給
される原燃料と水蒸気の流量に関わる値とから、上記改
質装置で生成される改質ガスの組成あるいは濃度を算出
する演算装置を備えた燃料電池発電システムのガス分析
装置。 - （２）改質触媒層の出口側ガス温度を温度検出器にて検
出し、改質反応と転化反応とにそれぞれのアプローチ温
度を考慮して上記改質触媒層の出口側改質ガス温度から
それぞれのアプローチ温度を差し引いた温度を改質反応
温度及び転化反応温度としたことを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の燃料電池発電システムのガス分析装
置。 - （３）改質装置で生成された改質ガスの流路に圧力検出
器を設置して改質ガス圧力を検出し、その値を反応圧力
としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
２項記載の燃料電池発電システムのガス分析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59172022A JPS6148761A (ja) | 1984-08-17 | 1984-08-17 | 燃料電池発電システムのガス分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59172022A JPS6148761A (ja) | 1984-08-17 | 1984-08-17 | 燃料電池発電システムのガス分析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6148761A true JPS6148761A (ja) | 1986-03-10 |
| JPH0564300B2 JPH0564300B2 (ja) | 1993-09-14 |
Family
ID=15934068
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59172022A Granted JPS6148761A (ja) | 1984-08-17 | 1984-08-17 | 燃料電池発電システムのガス分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6148761A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0610772U (ja) * | 1992-07-14 | 1994-02-10 | 三菱重工業株式会社 | コンテナ用冷凍ユニットのドレン排出装置 |
-
1984
- 1984-08-17 JP JP59172022A patent/JPS6148761A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0610772U (ja) * | 1992-07-14 | 1994-02-10 | 三菱重工業株式会社 | コンテナ用冷凍ユニットのドレン排出装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0564300B2 (ja) | 1993-09-14 |
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