CN100522798C - 氢生成装置及其运转方法和燃料电池系统及其运转方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供可用简单的方法检测出转化器或选择氧化器内部的水量过多或水蒸汽量过多的情况的氢生成装置。该装置(120)具备：包含利用原料和水蒸汽生成重整气体的重整器(100)、使重整器(100)提供的重整气体发生转化反应的转化器(103)、及使转化反应的反应气体中的一氧化碳气体浓度降低到规定浓度以下的选择氧化器(105)的氢生成器(118)；检测转化器(103)和选择氧化器(105)中的任意一个的温度的温度检测部(116、117)；以及控制装置(205)。而且控制装置(205)在温度检测部(116、117)检测出的检测温度的上升速度未满规定的阈值的情况下，检测为氢生成器(118)内部的水量或者水蒸汽量处于过剩状态。

Description

氢生成装置及其运转方法和燃料电池系统及其运转方法

技术领域

本发明涉及氢生成装置、氢生成装置的运转方法、燃料电池系统以及燃料电池系统的运转方法(以下称为氢生成装置等)。特别是涉及可以检测减少重整气体中的一氧化碳气体用的转化器以及/或者选择氧化器的内部的水量或者水蒸汽量的过剩状态的氢生成装置等。

背景技术

燃料电池系统通过使作为燃料气体提供给燃料电池的燃料极的富氢的重整气体与作为氧化剂气体供给燃料电池的空气极的空气等在燃料电池的内部发生反应，产生电力和热。水蒸汽重整法是富氢的重整气体的生成方法之一。这是使采用天然气、LPG等碳氢化合类气体、甲醇等的醇类、以及石脑油成分等的汽油的原料与水蒸汽发生反应生成富氢的重整气体的方法。生成该重整气体的氢生成器的内部大致分为水蒸汽重整反应用的重整器、转化(shift)反应用的转化器、以及CO选择氧化用的选择氧化器，重整催化剂体、转化催化剂体、以及CO选择氧化催化剂体分别设置在各个部位。

这里，该各个催化剂体的合适的反应温度各不相同，因此为了稳定且高效率地供给氢气，需要在启动氢生成器之后使各催化剂体的温度迅速上升到各催化剂体的合适的反应温度且恒定地维持于该温度。

另一方面，指出了在过剩地将水蒸汽提供供给氢生成器的情况下，该供给过剩所引起的水的凝集现象妨碍反应温度的上升和稳定的问题。

为了解决这一问题，提出了采用下述方法的氢生成器的方案，即利用转化加热器对转化器中内藏的转化催化剂体进行加热，以将由重整器通过气体通路供给转化器的重整后的气体加热到水蒸汽露点以上的温度(参考例如专利文献1)。以此谋求缩短氢生成器起动时直到稳定供给氢气为止所需的时间，同时防止水凝结引起的转化催化剂活性的降低。

专利文献1：特开平2001-354404号公报(图1)

发明内容

本发明要解决的课题

但是，专利文献1中公开的氢气发生器中没有公开检测转化器及选择氧化器内部的水量或水蒸汽量的过剩状态的方法，从而无法在适当的时刻应对因此产生的燃料电池系统的起动能量损失的减少和转化器以及/或者选择氧化器内的催化剂活性的降低。即可靠地检测转化器和选择氧化器的内部水量和水蒸汽量的过剩状态的方法从来都没有搞清楚。

更详细地说，若采用上述专利文献1的氢气发生器，则难以可靠地检测出过剩地对氢生成器的重整器供给水蒸汽重整用的水的情况；过剩地对转化器供给使水与一氧化碳发生转化反应用的水的情况；或者因氢生成器的起动和停止频繁反复，对氢生成器反复进行加热和冷却，过剩的水蒸汽或者过剩的凝结水滞留于重整器、转化器或选择氧化器的内部的情况等。因此，重整催化剂体、转化催化剂或者CO选择氧化催化剂长期浸在过剩水中，其结果是，可能使这些催化剂的活性降低。

而且，若在使转化以及CO选择氧化催化剂的催化活性降低的状态下继续使燃料电池起动和发电，则重整气体中的一氧化碳气体在转化器以及选择氧化器的内部中没有被充分去除，其结果是，没有去除干净的一氧化碳气体引起燃料电池的催化剂中毒，燃料电池的输出降低，甚至可能导致燃料电池系统异常停止。

本发明的目的在于，解决上述问题，提供可以采用简单的方法检测出转化器或选择氧化器内部的水量过多或者水蒸汽量过多的情况的氢生成装置。

另外，本发明的目的在于，提供适当地去除转化器或者选择氧化器内部的过剩水或者过剩水蒸汽，以此减少氢生成器的起动能量损失，同时可以防止转化器以及/或者选择氧化器的催化剂活性降低的氢生成装置等。

解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明的氢生成装置形成这样的构成，即具有包含利用原料和水蒸汽生成重整气体的重整器、使由所述重整器提供的重整气体发生转化反应的转化器、以及使所述转化反应后的重整气体中的一氧化碳气体浓度降低的选择氧化器的氢生成器；检测所述转化器和所述选择氧化器中的任意一个的温度的温度检测部；以及控制装置。所述控制装置是在所述温度检测部检测到的检测温度的上升速度未达到规定的阈值的情况下，作为所述氢生成器内部的水量或者水蒸汽量处于过剩状态检测的装置。

在这里，所述控制装置在所述温度检测部检测到的转化器检测温度的上升速度未达到规定的阈值时，也可以检测为所述转化器内部的水量或者水蒸汽量处于过剩状态。另外，所述控制装置也可以在所述温度检测部检测到的选择氧化器检测温度的上升速度未满规定的阈值时检测为所述选择氧化器内部的水量或者水蒸汽量处于过剩状态。

这样就能够适当地检测出转化器以及/或者选择氧化器内部的水量或者水蒸汽过剩的状态，假如是水量或者水蒸汽量过剩的情况下，则可以利用以下所示的氢生成装置的动作迅速应对，因此，可以降低氢生成装置的起动能量损失，同时可以防止转化器以及/或者选择氧化器的催化剂活性降低。

在这里，本发明的氢生成装置的构成是，具有包含利用原料和水蒸汽生成重整气体的重整器、使由所述重整器提供的重整气体发生转化反应的转化器、以及使所述转化反应后的重整气体中的一氧化碳气体浓度降低到规定浓度以下的选择氧化器的氢生成器；检测所述转化器和所述选择氧化器中的任意一个的温度的温度检测部；以及控制装置。所述控制装置在所述温度检测部检测出的检测温度的上升速度未满规定的阈值的情况下进行控制以减少所述氢生成器内部的水量或者水蒸汽量。

作为被控制以减少上述水量或者水蒸汽量的氢生成装置，其构成是，具有对所述氢生成器供给水或者水蒸汽的水供给装置，所述控制装置也可以在所述温度检测部检测出的检测温度的上升速度未满规定的阈值时对所述水供给装置进行控制以减少对所述氢生成器内部的水或者水蒸汽的供给量。

另外，作为被控制以减少上述水量或者水蒸汽量的氢生成装置的其他例子，其构成是，具有对所述转化器排放水的水排放装置，所述控制装置也可以在所述温度检测部检测出的转化器检测温度的上升速度未满规定的阈值时对所述水排放装置进行控制，使所述转化器内部的水排放到外部；具有对所述选择氧化器排放水的水排放装置，所述控制装置也可以在所述温度检测部检测出的选择氧化器检测温度的上升速度未满规定的阈值时对所述水排放装置进行控制，使所述选择氧化器内部的水排放到外部。

还有，作为被控制以减少上述水量或者水蒸汽量的氢生成装置的其他例，其构成是，具有对所述转化器供给空气用的空气供给装置，所述控制装置也可以在所述温度检测部检测出的转化器检测温度的上升速度未满规定的阈值时对所述空气供给装置进行控制，将空气导入所述转化器内部；具有对所述选择氧化器供给空气用的空气供给装置，所述控制装置也可以在所述温度检测部检测出的选择氧化器检测温度的上升速度未满规定的阈值时对所述空气供给装置进行控制，将空气导入所述选择氧化器内部。

还有，作为被控制以减少上述水量或者水蒸汽量的氢生成装置的其他例子，其构成是，具有对所述转化器进行加热的加热装置，所述控制装置也可以在所述温度检测部检测出的转化器检测温度的上升速度未满规定的阈值时对所述加热装置进行控制，以加热所述转化器的内部；具有对所述选择氧化器进行加热的加热装置，所述控制装置也可以在所述温度检测部检测出的选择氧化器检测温度的上升速度未满规定的阈值时对所述加热装置进行控制以加热所述选择氧化器的内部。

利用这样的水排放装置、空气供给装置、或者加热装置，可以适当地从所述转化器以及/或者所述选择氧化器中去除水蒸汽或者凝结水造成的过剩水。

在这里，既可以是具有包含利用原料和水蒸汽生成重整气体的重整器、使由所述重整器提供的重整气体发生转化反应的转化器、及使所述转化反应后的重整气体中的一氧化碳气体浓度降低到规定浓度以下的选择氧化器的氢生成器；以及检测所述转化器和所述选择氧化器中的任意一个的温度的温度检测部的氢生成装置的运转方法，也可以是在所述温度检测部检测出的检测温度的上升速度未满规定的阈值的情况下减少所述氢生成器内部的水量或者水蒸汽量的方法。

或者，既可以是具有包含利用原料和水蒸汽生成重整气体的重整器、使由所述重整器提供的重整气体发生转化反应的转化器、及使所述转化反应后的重整气体中的一氧化碳气体浓度降低到规定浓度以下的选择氧化器的氢生成器；用所述氢生成器提供的重整气体及氧化剂气体进行发电的燃料电池、以及检测所述转化器和所述选择氧化器中的任意一个的温度的温度检测部的燃料电池系统的运转方法，也可以是在所述温度检测部检测出的检测温度的上升速度未满规定的阈值的情况下减少所述氢生成器内部的水量或者水蒸汽量的方法。

本发明的氢生成装置的构成是，具有包含利用原料和水蒸汽生成重整气体的重整器、使由所述重整器提供的重整气体发生转化反应的转化器、使所述转化反应后的重整气体中的一氧化碳气体浓度降低到规定浓度以下的选择氧化器、以及对所述重整器进行加热的重整加热器的氢生成器；检测所述重整加热器中的可燃气体燃烧状态的燃烧检测部；以及控制装置。所述控制装置在从所述转化器到达转化反应温度区域的时刻到所述选择氧化器到达选择氧化反应温度区域为止的规定期间，所述燃烧检测部检测出的检测信号达到与所述重整加热器中的消火电平对应的数值的频率在规定次数以上时，检测为所述氢生成器内部的水量或者水蒸汽量处于过剩状态。

这样，适当地检测转化器或者选择氧化器内部的水量或者水蒸汽的过剩状态，假如是水量或者水蒸汽量过剩的情况下，则可以利用以下所示的氢生成装置的动作迅速应对，因此，可以降低氢生成装置的起动能量损失，同时可以防止转化器以及/或者选择氧化器的催化剂活性降低。

在这里，本发明的氢生成装置的构成是，具有包含利用原料和水蒸汽生成重整气体的重整器、使由所述重整器提供的重整气体发生转化反应的转化器、使所述转化反应后的重整气体中的一氧化碳气体浓度降低到规定浓度以下的选择氧化器、以及对所述重整器进行加热的重整加热器的氢生成器；检测所述重整加热器的燃烧状态的燃烧检测部；以及控制装置。所述控制装置在从所述转化器到达转化反应温度区域的时刻到所述选择氧化器到达选择氧化反应温度区域为止间的规定期间，所述燃烧检测部检测出的检测信号达到与所述重整加热器中的消火电平对应的数值的频率在规定次数以上的情况下，进行控制以减少所述氢生成器内部的水量或者水蒸汽量。

作为被控制以减少上述水量或者水蒸汽量的氢生成装置，其构成是，具有对所述氢生成器供给水或者水蒸汽的水供给装置，所述控制装置在从所述转化器到达转化反应温度区域的时刻到所述选择氧化器到达选择氧化反应温度区域为止的规定期间，所述燃烧检测部检测出的检测信号达到与所述重整加热器中的消火电平对应的数值的频率在规定次数以上的情况下，对所述水供给装置进行控制以减少对所述氢生成器内部的水量或者水蒸汽量的供给量。

另外，作为被控制以减少上述水量或者水蒸汽量的氢生成装置的其他例子，其构成是，具有对所述转化器以及/或者所述选择氧化器排放水的水排放装置，所述控制装置也可以在从所述转化器到达转化反应温度区域的时刻到所述选择氧化器到达选择氧化反应温度区域为止的规定期间，所述燃烧检测部检测出的检测信号达到与所述重整加热器中的消火电平对应的数值的频率在规定次数以上的情况下，对所述水排放装置进行控制，使所述转化器以及/或者选择氧化器内部的水排放到外部。

还有，作为被控制以减少上述水量或者水蒸汽量的氢生成装置的其他例子，其构成是，具有对所述转化器以及/或者所述选择氧化器供给空气用的空气供给装置，所述控制装置也可以在从所述转化器到达转化反应温度区域的时刻到所述选择氧化器到达选择氧化反应温度区域为止的规定期间，所述燃烧检测部检测出的检测信号达到与所述重整加热器中的消火电平对应的数值的频率在规定次数以上的情况下，对所述空气供给装置进行控制，将空气导入所述转化器以及/或者所述选择氧化器的内部。

此外，作为被控制以减少上述水量或者水蒸汽量的氢生成装置的其他例子，其构成是，具有对所述转化器以及/或者所述选择氧化器进行加热的加热装置，所述控制装置也可以在从所述转化器到达转化反应温度区域的时刻到所述选择氧化器到达选择氧化反应温度区域为止的规定期间，所述燃烧检测部检测出的检测信号达到与所述重整加热器中的消火电平对应的数值的频率在规定次数以上的情况下，对所述加热装置进行控制，从而对所述转化器以及/或者所述选择氧化器的内部进行加热。

利用这样的水排放装置、空气供给装置、或加热装置，可以适当地从所述转化器以及/或者所述选择氧化器中去除水蒸汽或者凝结水形成的过剩水。

再者，本发明的燃料电池系统是具有上述任意一项所述的氢生成装置、以及用由所述氢生成装置提供的重整气体及氧化剂气体进行发电的燃料电池系统。

在这里，既可以是具有包含利用原料和水蒸汽生成重整气体的重整器、使由所述重整器提供的重整气体发生转化反应的转化器、使所述转化反应后的重整气体中的一氧化碳气体浓度降低到规定浓度以下的选择氧化器、及对所述重整器进行加热的重整加热器的氢生成器；以及检测所述重整加热器中可燃气体的燃烧状态的燃烧检测部的氢生成装置运转方法，也可以是在从所述转化器到达转化反应温度区域的时刻到所述选择氧化器到达选择氧化反应温度区域为止的规定期间，所述燃烧检测部检测出的检测信号达到与所述重整加热器的消火电平对应的数值的频率在规定次数以上的情况下，减少所述氢生成器内部的水量或者水蒸汽量的方法。

另外，既可以是具有包含利用原料和水蒸汽生成重整气体的重整器、使由所述重整器提供的重整气体发生转化反应的转化器、使所述转化反应后的重整气体中的一氧化碳气体浓度降低到规定浓度以下的选择氧化器、及对所述重整器进行加热的重整加热器的氢生成器；用所述氢生成器提供的重整气体及氧化剂气体进行发电的燃料电池、以及检测所述重整加热器中可燃气体燃烧的燃烧状态的燃烧检测部的燃料电池系统的运转方法，也可以是在从所述转化器到达转化反应温度区域的时刻到所述选择氧化器到达选择氧化反应温度区域为止的规定期间，所述燃烧检测部检测出的检测信号达到与所述重整加热器的消火电平对应的数值的频率在规定次数以上的情况下，减少所述氢生成器内部的水量或者水蒸汽量的方法。

发明效果

若采用本发明，则获得可以用简单的方法就能够检测转化器或者选择氧化器内部的水分过多或者水蒸汽过多的情况的氢生成装置等。

另外，若采用本发明，则得到能够适当地去除转化器或者选择氧化器内部的过剩水或者过剩水蒸汽，以减少氢生成装置的起动能量损失，同时防止转化器以及/或者选择氧化器的催化剂活性降低的氢生成装置。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1的燃料电池系统的一构成例的框图。

图2是将氢生成器的重整器、转化器以及选择氧化器自氢生成器起动时其正常时的温度上升特性与水蒸汽过剩时的温度上升特性加以比较说明的图。

图3是示出本发明实施方式2的燃料电池系统的一个构成例的框图。

图4是将横坐标设定为自氢生成器起动开始(t0)经过的时间(起动时间)，将纵坐标设定为重整器温度检测部输出的重整检测温度(KS)、将温度检测装置用作燃烧检测部时由燃烧检测部输出的燃烧检测温度(TFG)、以及将火焰电流检测装置用作燃烧检测部时由燃烧检测部输出的燃烧检测火焰电流(FRG)，示出正常时两者的相互关系之一例的图。

图5是将横坐标设定为自氢生成器起动开始(t0)经过的时间(起动时间)，将纵坐标设定为重整器温度检测部输出的重整检测温度(KSN)、将温度检测装置用作燃烧检测部时由燃烧检测部输出的燃烧检测温度(TFN)、以及将火焰电流检测装置用作燃烧检测部时由燃烧检测部输出的燃烧检测火焰电流(FRN)，示出异常时的两者的相互关系之一例的图。

图6是示出氢生成器起动时的控制装置的控制程序之一例的流程图。

图7是示出本发明的实施方式3的燃料电池系统的一个构成例的框图。

图8是示出本发明的实施方式4的燃料电池系统的一个构成例的框图。

图9是示出本发明的实施方式5的燃料电池系统的一个构成例的框图。

符号说明

100  重整器

101  重整催化剂体

102  重整加热器

103  转化器

104  转化催化剂体

105  选择氧化器

106  CO选择氧化催化剂体

107  原料供给装置

108  第一水供给装置

109  第二水供给装置

110、206  电磁阀

111  燃烧风扇

113  转化加热器

114  选择氧化加热器

115  重整器温度检测部

116  转化器温度检测部

117  选择氧化器温度检测部

118  氢生成器

120  氢生成装置

200  氧化剂气体供给装置

201  空气供给装置

202  氧化侧加湿器

203  燃料电池

204  切换阀

300  燃料电池系统

301  第一燃料气体通路

302  第二燃料气体通路

303  第一重整气体通路

304  第二重整气体通路

305  第三重整气体通路

306  第一分支通路

307  第二分支通路

308  第一水通路

309  第二水通路

310  第三水通路

311  第一空气通路

312  第二空气通路

400、401  排放阀

402、403  排放通路

500、501  空气供给泵

502、503  燥用空气供给通路

600、601  燃烧废气供给阀

602、603  燃烧废气供给路径

具体实施方式

以下参照附图对本发明的实施方式1～5进行说明。

(实施方式1)

图1是示出本发明的实施方式1的燃料电池系统的一个构成例的框图。

氢生成装置120主要由对燃烧电池203供给富有氢气的气体(以下称为富氢气体)的氢生成器118；控制甲烷、丁烷及天然气等碳氢化合物原料的供给量，同时检测氢生成器118的转化器103以及/或者选择氧化器105的温度，检测并判定水量或水蒸汽量有无异常的控制装置205；对燃料电池203供给作为氧化剂的空气的氧化剂气体供给装置200；以及对氢生成器118供给原料的原料供给装置107；对氢生成器118供水的第一、第二水供给装置108、109构成。

又，燃料电池系统300由上述氢生成装置120、用该氢生成装置120供给的富氢气体发电的燃料电池203构成。

氢生成器118的构成包含：进行水蒸汽重整反应的重整器100、使水蒸汽与一氧化碳气体发生转化反应成为氢气和二氧化碳的转化器103、以及通过CO选择氧化，使一氧化碳浓度降低到约10ppm以下的选择氧化器105。为此，在重整器100上设置促进水蒸汽重整反应的重整催化剂体101、以及对重整催化剂体101提供重整热用的重整加热器102。另外，在转化器103上设置转化催化剂体104以及加热转化催化剂体104用的转化加热器113，在选择氧化器105上设置CO选择氧化催化剂体106以及加热CO选择氧化催化剂体106用的选择氧化加热器114，通过使用这些加热器113、114对转化器103以及选择氧化器105进行加热，可以缩短氢生成器118起动时的升温时间。

另一方面，氧化剂气体供给装置200的构成包含，鼓风机等空气供给装置201、对空气进行加湿的氧化侧加湿器202。

〔关于燃料电池系统的硬件构成的细节〕

下面用图1进一步地对燃料电池系统300的硬件构成进行详细说明。

燃料电池203中，导入燃料极(未图示)的富有氢气的气体(以下称为重整气体)与导入空气极(未图示)的空气发生反应，以此进行发电，产生电和热。

首先，对导入燃料极的重整气体的路径以及与其相关的气体反应进行说明。含有至少由碳和氢构成的有机化合物的原料其流量经过第一燃料气体通路301上设置的开闭用电磁阀206以及原料供给装置107内的原料流量调整阀(未图示)调整之后，被导入重整催化剂体101内。

同时，由第一水供给部108通过第一水通路308对重整催化剂体101供给水或者水蒸汽。

借助于此，利用重整催化剂体101在重整器100中采用原料和水蒸汽进行水蒸汽重整反应，由该原料以及水蒸汽生成富氢的重整气体。

又，在从第一燃料气体通路301分支的第二燃料气体通路302上也设置电磁阀110，流量受该电磁阀110及原料流量调整阀控制的原料通过该通路302作为燃烧用原料提供给重整加热器102的燃烧器。还利用燃烧风扇111对重整加热器102的燃烧器提供燃烧用的空气。

然后，通过第一重整气体路径303将重整气体从重整催化剂体101导入到转化催化剂体104，另一方面，通过第三水通路310由第二水供给部109将水提供给转化催化剂体104。以此可以使重整气体中含有的一氧化碳气体与水蒸汽发生转化反应生成氢气和二氧化碳。然后，为了使转化反应后的反应气体中的一氧化碳浓度降低到规定浓度水平(例如10ppm以下)，通过第二重整气体路径304，将该转化反应后的重整气体导入到CO选择氧化催化剂体106，通过CO选择氧化谋求进一步降低CO浓度。这样，在氢生成器118中产生低CO浓度的氢气为主要成分的重整气体。

接着，由氢生成器118的选择氧化器105供给的以氢气为主要成分的重整气体首先流入第3重整气体路径305，之后，由设在第3重整气体路径305的路径中的切换阀204切换到第一、第二分流路径306、307，通过该路径306、307提供给燃料电池203或重整加热器102。即在第一分流路径306中，利用燃料极的电极反应使导入到燃料电池203的燃料极的重整气体的一部分消耗必要量之后，使剩余的重整气体作为废气回流到重整加热器102的燃烧器中。在第二分流路径307，不将重整气体引向燃料极，而使其直接回流到重整加热器102的燃烧器中。

再者，使回流到重整加热器102的燃烧器的重整气体与由燃烧风扇111送入重整加热器102的空气一起在重整加热器102的内部燃烧。

接着，对被导入空气极一侧的空气的路径进行说明。

空气供给装置201的空气暂时通过第一空气路径311提供给氧化侧加湿器202。另外，通过从第一水通路308分支的第二水通路309将来自第一水供给部108的水分提供给氧化侧加湿器202。这样，在氧化侧加湿器202中进行空气加湿，通过第二空气通路312将被加湿的空气导入到燃料电池203的空气极。而且，在燃料电池203的空气极中无助于反应的加湿空气被原封不动释放到大气中。

〔燃料电池系统的控制系统的结构〕

下面用图1对燃料电池系统300的控制系统的结构进行说明。

控制装置205由微机等运算装置组成，控制燃料电池系统300的必要的构成要素，从而控制该燃料电池系统300的运作。

在这里，本说明书中所谓控制装置不仅仅是单独的控制装置，也意指多个控制装置协同工作，控制燃料电池300的运作的控制装置群。因此，控制装置205未必由单独的控制装置构成，也可以形成多个控制装置分散配置，并且这些控制装置协同工作对燃料电池系统300的运作进行控制的结构。

作为控制装置205的输入传感器，有各种温度检测部。具体而言，作为温度检测部，有检测重整器100的气体温度(重整催化剂体101周边的气体温度)的重整器温度检测部115、检测转化器103的气体温度(转化催化剂体104周边的气体温度)的转化器温度检测部116、以及检测选择氧化器105的气体温度(CO选择氧化催化剂体106周边的气体温度)的选择氧化器温度检测部117。

还有，在这里配置成这样的结构，即重整器温度检测部115安装在重整器100上，可以检测重整催化剂体前的上游侧气体温度，转化器温度检测部116安装在转化器100上，可以检测转化催化剂体前的上游侧气体温度，选择氧化器温度检测部117安装在选择氧化器100上，可以检测CO选择氧化催化剂体前的上游侧气体温度。

筒状催化剂体的下部一端(气体下游侧)中积存因水蒸汽过剩而凝结的水分，对于催化剂来说，是处于比催化剂上部(气体上游侧)更严酷的环境。因此，预先将温度检测部配置在催化剂前的气体上游侧，若在该位置检测出水分过剩所产生的异常，则当然可以方便地判定该下游侧方向的催化剂部位也处于水分过剩状态。

作为控制装置205的输出动作部，有第一、第二水供给装置108、109的流量调整部；控制重整催化剂体101用的原料量的电磁阀206；对供给加湿加热部102的燃烧器的燃烧用原料进行控制的电磁阀110；内藏于原料供给装置107中，对原料的供给源的原料量进行调整的原料流量调整阀；对转化器103进行加热的转化加热器113、对选择氧化器105进行加热的选择氧化加热器114、以及对由氢生成器118供给的重整气体进行流路切换的切换阀204等。

控制装置205接收被各种温度检测部115、116、117检测出的检测温度，根据这些检测温度使内藏在原料供给装置107中的流量调整阀以及电磁阀110、206动作，以使各种催化剂体101、104、106的反应温度稳定，同时为了缩短氢生成器118起动时转化器103及选择氧化器105的升温时间，对转化加热器113及选择氧化加热器114的输出进行控制。进而，控制装置205按照使切换阀204动作，有选择地将由氢生成器118供给的生成气体(重整气体)导入燃料电池203或者重整加热器102的方式进行控制。

图2中，将自氢生成器118起动开始时(更直截了当地说，是重整加热器102进行的对重整催化剂体101的加热的开始时刻：t0)经过的时间作为横坐标，示出重整器100转化器103及选择氧化器105的温度上升特性。

在能够对氢生成器118的重整器100适当地供给有助于水蒸汽重整反应的水蒸汽量，并且能够适当地供给稳定控制转化器103的温度用的水蒸汽量的情况下，重整器100、转化器103、以及选择氧化器105各部分的检测温度的上升特性分别以图2所示的KS特性曲线、HSG特性曲线、以及JSG特性曲线的形式表示。

在这里，重整催化剂体101、转化催化剂体104、以及CO选择氧化催化剂体106的反应温度带的设定值分别是TKs(在600～700℃之间的规定温度)、THs(在200～400℃之间的规定温度)、以及TJs(在100～300℃之间的规定温度)，因此可以估计出KS特性曲线、HSG特性曲线、以及JSG特性曲线到达各催化剂体101、104、106的反应温度带的设定值的时刻分别大致为t1、t2、以及t3，自氢生成器118起动开始(t0)到该时刻，其时间是t1＝20～30分、t2＝30～40分、以及t3＝40～50分。

然而，假如是在对氢生成器118的重整器100及转化器103内部过量提供水或水蒸汽的情况下、或者在通过氢生成器118的反复起动和停止使其反复进行加热和冷却的情况下，过剩水蒸汽或者因此产生的过剩的凝结水分可能滞留在转化器103以及/或者选择氧化器105的内部，该情况将成为转化器103以及/或者选择氧化器105内部受潮或者积水的主要原因。

在这种情况下，由转化器温度检测部116检测出的检测温度的上升曲线以及由选择氧化器温度检测部117检测出的检测温度的上升曲线示出其检测温度的上升速度变缓，比正常时的HGS特性曲线和JSG特性曲线平缓的升温曲线。图2的HSN特性曲线示出受到过剩水蒸汽等影响升温速度变缓的转化器103的检测温度特性，JSN特性曲线示出受到过剩水蒸汽等影响升温速度变缓的选择氧化器的检测温度特性。

再者，由于重整器100配置在供给原料和水蒸汽的最上游侧，因此不易受到过剩水蒸汽等的影响，从而可以确认由重整器温度检测部115检测出的检测温度的升温特性在正常供给与水蒸汽等过量供给两者之间变化少。

在这里，在图2中，以对于转化催化剂体104以及CO选择氧化催化剂体106的反应温度带的设定值(对于转化催化剂体104为THs，对于CO选择氧化催化剂体106为TJs)为中心，存在这些催化剂体104、106的反应温度带的上下限值，分别用THsh、THsl表示出转化催化剂体104的反应温度带的上下限值，分别用TJsh、TJsl表示出CO选择氧化催化剂体106的反应温度带的上下限值。另外，分别用ΔTHh、ΔTHl表示出转化催化剂体104的反应温度带的设定值(THs)与其上下限值(THsh、THsl)的温度差，分别用ΔTJh、ΔTJl表示出CO选择氧化催化剂体106的反应温度带的设定值(TJs)与其上下限值(TJsh、TJsl)的温度差。

在过剩水蒸汽等的影响下，转化器103的HSN特性曲线以及/或者选择氧化器105的JSN特性曲线可能形成以下状况，即自起动时(t0)开始，到达正常时(例如HSG特性曲线或JSG特性曲线)的催化剂反应温度带的下限值至上限值之间的任意值的反应温度到达时间内(图2中示出到设定值为止的时间t2和t3，作为反应温度到达时间的例子)，连各催化剂的反应下限温度(对于转化器103为THsl，对于选择氧化器105为TJsl)都不超过。即与正常时的温度上升水平相比，假如检测温度的温度上升水平在起动开始时～规定时间之间上升水平低，则有可能发生水量过剩或者水蒸汽过剩的情况。该规定时间的值根据催化剂反应的反应温度带决定，具体而言，可以认为该规定时间是正常时的温度曲线到达反应温度带的下限值至上限值(设想一旦温度特性急剧上升，超过反应温度过冲之后达到反应温度的情形)之间的任意值的时间。

然后，控制装置205根据被检测转化器103的温度的转化器温度检测部116以及/或者检测选择氧化器105的温度的选择氧化器温度检测部117检测出的检测温度，检测转化器103以及/或者选择氧化器105内部的水蒸汽量或者凝结水分量的过剩状态，若如上述那样检测温度在起动开始时～规定时间之间未到达催化反应的下限温度，则控制装置205判断为水量过剩或者水蒸汽量过剩。而且，在这里若至少超过催化反应的下限温度，则各催化剂均可以有效地发挥作用，而与水蒸汽量或者凝结水分的多少无关，因此将催化反应的下限温度作为能否允许过剩水分存在的基准使用。

换言之，控制装置205根据图2中箭头所示的转化器温度检测部116或者选择氧化器温度检测部117输出的检测温度的上升速度，实施下述判断动作。

若转化器温度检测部116检测出的转化器检测温度的上升速度(这里以图2的粗虚线箭头表示)未满规定的阈值，例如未满正常时的转化器检测温度的上升速度(这里以图2的粗实线箭头表示)的下限值，则控制装置205检测认定为氢生成器118(转化器103)内部的水量或者水蒸汽量处于过剩状态，从而判断为处于该状态，若选择氧化器温度检测部117检测出的选择氧化器检测温度的上升速度(这里以图2的粗二点一划锁线箭头表示)未满规定的阈值，例如未满正常时的选择氧化器检测温度的上升速度(这里以图2的粗点划线箭头表示)的下限值，则控制装置205将氢生成器118(选择氧化器105)内部的水量或者水蒸汽量检测判定为过剩状态，从而判断为处于该状态。

在这里，所谓检测温度的上升速度，是指在各升温曲线中，将自起动时开始到达各催化剂的反应温度带的时间作为分母，将与该反应温度带相当的温度作为分子而得到的数值。例如，图2中正常时的转化器103的HSG特性曲线中，转化器103的温度在t0～t2的时间段内上升到THs电平，从而由正常时的转化器温度检测部116输出的检测温度的上升速度为THs/(t2-t0)。

还有，虽然在这里列举出正常时的转化器检测温度的上升速度的下限值以及正常时的选择氧化器检测温度的上升速度的下限值作为上述规定阈值的一个例子，但上述规定的阈值并非限于该值，只要根据氢生成装置的构成和种类进行适当设定就可以。

〔燃料电池系统从起动到发电的运作〕

恰当地完成燃料电池系统300的水蒸汽供给(正常时)的情况下，通过重整器100、转化器103以及选择氧化器105的温度检测部115、116、117获得的检测温度特性曲线，分别如图2的KS特性曲线、HSG特性曲线、以及JSG特性曲线那样，显示出启动后很快就上升到重整、转化、以及CO选择氧化的各催化剂体101、104、106的反应温度带的设定值的特性。这种情况下，控制装置205使重整、转化以及CO选择氧化的各催化剂体101、104、106的温度达到规定的稳定温度，对原料供给装置107、电磁阀110、206、切换阀204、以及第一、第二水供给系统108、109等进行恰当控制，使发电用重整气体通过燃料电池203的燃料极循环，另一方面，利用氧化剂气体供给装置200使氧化剂气体通过燃料电池203的空气极循环，从而开始发电运作。

另一方面，控制装置205判断为转化器103和选择氧化器105内部的水量和水蒸汽量过剩的情况下(异常时)，通过转化器103及选择氧化器105的温度检测部116、117获得的检测温度特性曲线与正常时相比，如图2的HSN特性曲线以及JSN特性曲线那样，分别显示出平稳上升的特性。这种情况下，控制装置205使原料以及水蒸汽的供给量降低到重整器100中不析出碳的程度(水蒸汽/碳之比：S/C＝2.0以上)，直到转化器103的检测温度超过转化催化剂体104的反应温度带的设定值为止、以及/或者直到选择氧化器105的检测温度超过CO选择氧化催化剂体的反应温度带的设定值为止。再者，若水蒸汽供给过多，则产生装置恢复缓慢的问题，因此S/C之值的上限值是5.0左右，最好是3.0左右。因此，利用控制装置205对原料和水蒸汽的供给进行控制，使S/C的范围在2.0以上、5.0以下，若使S/C的范围在2.0以上、3.0以下则更佳，直到转化器103的检测温度超过转化催化剂体104的反应温度带的设定值为止、以及/或者直到选择氧化器105的检测温度超过CO选择氧化催化剂体的反应温度带的设定值为止。

作为原来和水蒸汽的具体控制方法，由控制装置205对原料供给装置107中内装的原料流量调整阀和开闭用的电磁阀206输出进行流量控制的控制信号，又从控制装置205对第一、第二水供给部108、109的流量调整部输出吐出量控制用的控制信号，将对重整器100的原料与水蒸汽的供给量控制于碳素不析出的程度。

然后，在HSN特性曲线以及/或者JSN特性曲线超过转化器103以及/或者选择氧化器105的反应温度带的设定值(THs、TJs)的时刻(图2中表示为tHN、tJN)，控制装置205对内藏在原料供给装置中的调整阀及电磁阀206输出使原料量恢复到正常时的供给量用的信号，对第一、第二供给部108、109输出使水蒸汽量恢复到正常时的供给量用的信号。然后，控制装置205使重整、转化以及CO选择氧化的各催化剂体101、104、106的温度达到规定的稳定温度，对原料供给装置107、电磁阀110、206、切换阀204以及第一、第二水供给系统108、109等进行恰当控制，将发电用重整气体提供给燃料电池203内部的燃料极，另一方面，利用氧化剂气体供给装置200将氧化剂气体提供给燃料电池203的空气极，从而开始发电运作。

如上所述，如果采用本发明的实施方式，则可以恰当地判断转化器103以及/或者选择氧化器105的内部是否处于水过剩状态或者水蒸汽过剩状态。

而且，可以可靠地检测出转化器103以及/或者选择氧化器105内部的过剩水蒸汽等引起的异常，因此可以对该异常迅速进行应对，使转化器103以及/或者选择氧化器105的催化剂活性迅速恢复。

还有，可以不在催化剂活性继续保持低下的情况下发电，防止一氧化碳气体造成的燃料电池203的催化剂中毒于未然。

再者，本发明的实施方式中虽然示出了不具备在燃料电池203的电极反应中不被消耗地残留的废气回流到重整加热器102的燃烧器的管道路径的途中使该废气中的水分凝结的自动排水管或者凝结器的结构，但即使是具备这些装置的燃料电池系统，在滞留在重整器100、转化器103以及选择氧化器105的内部的过剩的水蒸汽或者凝结水分的总量超过这些装置的去除能力的情况下，本实施方式中所述的技术也是有用的。

(实施方式2)

图3是示出本发明实施方式2的燃料电池系统的一个构成例的框图。

本实施方式的燃料电池系统320的结构，除了在重整加热器102中设置检测利用该重整加热器102的可燃气体的燃烧状态用的燃烧检测部207之外，与实施方式1的燃烧电池系统300的结构相同。

又，实施方式1中虽然对根据转化器温度检测部116以及选择氧化器温度检测部17检测出的检测温度判断氢生成器118内部的水量或者水蒸汽量是否过剩的例子进行了说明，但本发明的实施方式也可以根据被燃烧检测部107检测出的检测信号判断氢生成器118内部的水量或者水蒸汽量是否过剩。

再者，图3中，对与实施方式1(图1)中说明的燃料电池系统相同的结构标注相同的符号，省略对两者共同的结构的详细说明。

燃烧检测部207被插入重整加热器102的燃烧器中，以此形成可以检测利用重整加热器102的可燃气体的燃烧状态的结构。而且，燃烧检测部207与控制装置205连接，控制装置205接收由燃烧检测部207输出的表示上述燃烧状态的检测信号。

燃烧检测部207形成以下所述结构，即将利用例如因重整加热器102的燃烧器中的可燃气体燃烧而生成的火焰的光、火焰的温度(例如热电偶)以及火焰的整流作用(例如火柱(flame rod))中的至少其一获得的火焰电流等物理量转化成电信号以检测燃烧状态的结构。

以下参考附图对燃烧检测部207进行的重整加热器102的燃烧器中的燃烧气体状态的检测动作进行详细说明。

图4是将横坐标设定为自氢生成器起动开始(t0)经过的时间(起动时间)，将纵坐标设定为重整器温度检测部输出的重整检测温度(KS)，将温度检测装置用作燃烧检测部时的由燃烧检测部输出燃烧检测温度(TFG)，以及将火焰电流检测装置用作燃烧检测部时的由燃烧检测部输出的燃烧检测火焰电流(FRG)，示出两者的相互关系之一例的图。而且，图4示出由第一和第二水供给装置108、109适当地向氢生成器118的重整器100以及转化器102内部提供水或者水蒸汽，且氢生成器118内部的水量或者水蒸汽量适量的情况下，由燃烧检测部207输出的燃烧检测温度(TFG)以及由燃烧检测部207输出的燃烧检测火焰电流(FRG)。另外，原料气体采用城市煤气。

燃烧检测温度(TFG)的温度曲线显示出在利用重整加热器102使可燃气体开始燃烧之后，比重整检测温度(KS)的温度曲线，在全部起动时间都显得稍低一些，又与重整检测温度(KS)的温度曲线有相同的特性曲线。

另一方面，燃烧检测火焰电流(FRG)的电流曲线，在利用重整加热器102使可燃气体刚开始燃烧时与重整检测温度(KS)的温度曲线相比，显示出陡然上升的特性曲线(但是适当地进行了限制控制，使燃烧检测火焰电流(FRG)的数值不超过正常运转时的火焰电流的上限值(FRh))。可以认为这样的现象是因为利用重整加热器102使可燃气体刚开始燃烧的瞬间，被氢生成器118释放并回流到重整加热器102中的气体中的甲烷成分的火焰中的离子浓度急剧升高引起的。

而且，若重整催化剂体101的温度伴随着起动时间的经过而升高，则通过重整催化剂体101的重整反应，原料气体(城市煤气)中含有的甲烷成分可以转化为氢气。若利用城市煤气向氢气转化，则从氢生成器118释放并回流到重整加热器102中的气体中的甲烷浓度减小，相反，该回流气体中的氢气浓度增大，其结果显示出由于重整加热器102的火焰中的离子化程度低下，燃烧检测火焰电流(FRG)呈减小趋势(t1前后附近)。即虽然显示出在重整催化剂体101的重整反应温度附近，燃烧检测火焰电流(FRG)的电流曲线呈现缓缓减小的趋势，但不低于正常运转时的火焰电流的下限值电平(FR1)，之后，该电流曲线显示出燃烧量随着燃料电池203的发电而增加，同时通过增加原料使火焰电流增大的特性曲线。总之，若原料固定，则火焰电流相应于重整反应温度附近的转化率而减小，若原料增加，则平均单位体积的火焰的离子化程度也上升，流入火焰电流检测装置的火焰电流也增大。

接着，就有关对氢生成器118的重整器100的内部和转化器103的内部过量供水的情况、还有起动和停止频繁反复，加热和冷却反复进行，致使过剩的水蒸汽或者凝结的水分滞留在重整器100、转化器103、以及选择氧化器105的内部的情况，对燃烧检测温度(TFG)的温度曲线以及燃烧检测火焰电流(FRG)的电流曲线的情况进行说明。

图5是将横坐标设定为自氢生成器起动开始(t0)经过的时间(起动时间)，将纵坐标设定为重整器温度检测部输出的重整检测温度(KSN)、将温度检测装置用作燃烧检测部时燃烧检测部输出燃烧检测温度(TFN)、以及将火焰电流检测装置用作燃烧检测部时燃烧检测部输出的燃烧检测火焰电流(FRN)，示出两者的相互关系之一例的图。而且，图5示出在水或者水蒸汽由第一和第二水供给装置108、109过剩地提供给氢生成器118的重整器100以及转化器102内部，且氢生成器118内部的水量或者水蒸汽量过剩的情况下，由燃烧检测部207输出的燃烧检测温度(TFN)以及由燃烧检测部207输出的燃烧检测火焰电流(FRN)。

在氢生成器118起动刚开始的瞬间，通过切换阀204的切换动作直接将选择氧化器105释放的气体提供给重整加热器102内部的燃烧器，而不供给燃料电池203的燃料极。在这里，在氢生成器118起动刚开始时，滞留在氢生成器118内部的凝结的过剩水立即作为水蒸汽(气体)混入释放气体，伴随该释放气体提供给重整加热器102的燃烧器的可能性小。因此，氢生成器118起动刚开始时的重整检测温度(KSN)的温度曲线显示出与正常时的重整检测温度(KS：参照图4)的温度曲线大致相同的特性曲线。

然而，随着氢生成器118的起动时间的经过，利用重整加热器102的燃烧热将原料气体加热到高温，因此，滞留的过剩水慢慢形成水蒸汽混入该释放气体，被提供给重整加热器102的燃烧器。

具体而言，从转化催化剂体104的温度达到转化催化剂体104的反应温度带的设定值的时刻(t2)到CO选择氧化催化剂体106的温度达到CO选择氧化催化剂体106的反应温度的设定值的时刻(t3)的期间，滞留的过剩水作为水蒸汽被送入重整加热器102的燃烧器。于是，重整加热器102的燃烧器中包含的水蒸汽量过剩，其结果是，重整加热器102的燃烧器的可燃气体的燃烧状态不稳定化。

因此，如图5所示，由燃烧检测部207输出的燃烧检测温度(TFN)的温度特性曲线显示出转化器103温度上升的时刻(t2附近)到选择氧化器105温度上升的时刻(t3)的整个期间，发生过剩的水蒸汽引起的频发的温度变化现象(GX)的趋势。

同样，由燃烧检测部207输出的燃烧检测火焰电流(FRN)的电流曲线显示出在t2～t3期间发生过剩的水蒸汽引起的频发的火焰电流变化现象(JX)的趋势。

可知在该温度变化现象(GX)发生的情况下，燃烧检测温度(TFN)的数值低于相当与允许作为重整加热器102的正常动作的范围的下限值的正常时的下限值电平(TF1)，频繁达到与重整加热器102的燃烧器的消火电平相当的异常时的下限值电平(TFlm)。

同样，可知在火焰电流变化现象(JX)发生的情况下，燃烧检测火焰电流(FRN)的数值低于相当与允许作为重整加热器102的正常动作的范围的下限值的正常时的下限值电平(TR1)，频繁达到与重整加热器102的燃烧器的消火电平相当的异常时的下限值电平(FRlm)。

而且，若是重整加热器102的原料供给不足或重整加热器102的燃烧用空气供给不足的，过量提供水蒸汽以外的重整加热器102的异常，则燃烧检测温度或燃烧检测电流的数值频繁达到重整加热器102的燃烧器的消火电平的频率将不会有过剩水蒸汽引起的重整加热器102的异常的情况那么高，据此，本发明申请人认为可以根据燃烧检测温度或者燃烧检测电流的数值判断氢气发生器118(转化器102和选择氧化器105)内部有无过剩水。因此，本实施方式的燃料电池系统320形成利用控制装置205对燃烧检测温度(TFN)中的过剩水蒸汽引起的温度变化现象(GX)或燃烧检测火焰电流(FRN)中的过剩水蒸汽引起的火焰电流变化现象(JX)进行监视的结构。

更具体地说，若在自转化器103的温度上升的时刻(t2附近)～选择氧化器105的温度上升的时刻(t3附近)的期间频繁发生燃烧检测温度(TFN)的数值低于异常时的下限值电平(TFlm)的现象或燃料检测火焰电流(FRN)的数值低于异常时的下限值电平(FRlm)的现象，则控制装置205判定转化器103或选择氧化器105的内部处于过剩水引起的受潮或积水的状态。

图6是示出氢生成器起动时的控制装置的控制程序之一例的流程图。该控制程序存储在控制装置205的存储部(未图示)。

伴随氢生成器118的起动动作，重整加热器102开始对重整催化剂体101进行加热(可燃气体燃烧)(步骤S1)。

然后，控制装置205对原料量、燃烧风扇输出量、重整水水量、以及转化水水量进行调整，以适当控制氢生成器118(步骤S2)。

在这里控制装置205接收由燃烧检测部207输出的表示燃烧状态的检测信号(步骤S3)，另一方面，控制装置205判断该检测信号是否达到相当与重整加热器102的燃烧器消火电平的异常时的下限值电平(TFlm、FRlm)(步骤S4)。

在来自燃烧检测部207的检测信号未达到上述下限值电平(TFlm、FRlm)的情况下(步骤S4中判断为「No」的情况下)，控制装置205反复进行步骤S2～步骤S4的动作。

另一方面，在来自燃烧检测部207的检测信号达到上述下限值电平(TFlm、FRlm)的情况下(步骤S4中判断为「Yes」的情况下)，控制装置205进至下一判断步骤，对来自燃烧检测部207的检测信号低于上述下限值电平(TFlm、FRlm)的次数进行计数，进而判断每一规定时间内该发生次数是否在规定次数以上(步骤S5)。

在这里，产生过剩水引起的温度变化现象(GX)或火焰电流变化现象(JX)的氢生成器118的起动时间带、即转化器103的温度上升的时刻(t2附近)～选择氧化器105的温度上升的时刻(t3附近)的期间，来自燃烧检测部207的检测信号频繁出现低于相当与重整加热器102的燃烧器的消火电平的上述下限值(TFlm、FRlm)的状况。

因此，若每一规定时间(t2～t3之间的每一规定的单位时间)，来自燃烧检测部207的检测信号低于上述下限值电平(TFlm、FRlm)的次数在规定次数以上(步骤中S5中判断为「Yes」的情况)，则控制装置205判定转化器103或选择氧化器105的内部处于水过剩状态。即控制装置205对该水过剩状态进行检测。然后，控制装置205执行伴随去除转化器103或选择氧化器105的过剩水的处理的氢生成器118的异常停止动作(步骤6)。

另一方面，若上述每一规定时间，来自燃烧检测部207的检测信号低于上述下限值电平(TFlm、FRlm)的次数并非在规定次数以上(步骤中S5中判断为「No」的情况)，则控制装置205判定处于对重整加热器102的原料供应不足或者燃料用空气供应不足的状态，从而执行基于重整加热器102原料不足或者燃烧用空气不足的氢生成器118的异常停止动作(步骤7)。

若采用这样的控制装置205的判断步骤，则能够根据重整加热器102上设置的燃烧检测部207的检测信号，将转化器103或选择氧化器105内部受潮等水过剩状态区别与重整加热器102原料不足等异常现象，从而可以恰当地进行判断。

再者，也可以根据由原料气体流量计、燃烧风扇旋转数或燃烧空气流量计测出的实际数值与这些设定目标值之间的差进行评价，判断是否为转化器103或选择氧化器105内部受潮等水过剩引起的不发火的主要因素。

另外，在这里，控制装置205进行的过剩水去除处理所伴随的异常停止动作的例子与实施方式1中说明的内容相同，即控制装置205使原料以及水蒸汽的供给量降低到重整器100中不析出碳的程度(水蒸汽/碳之比：S/C＝2.0以上)，直到图2中所示的转化器103的检测温度超过转化催化剂体104的反应温度带的设定值为止、以及/或者直到选择氧化器105的检测温度超过CO选择氧化催化剂体的反应温度带的设定值为止，但由于与已经说明的内容重复，故省略其详细说明。

如上所述，采用本实施形态，能够确切判定转化器103或选择氧化器105内部是否处于受潮等水过剩状态。

而且，由于可以可靠地检测出转化器103或选择氧化器105内部的过剩水蒸汽等引起的异常，因此可以迅速地应对这样的异常，从而可以使转化器103或选择氧化器103的催化剂活性迅速复原。

还有，可以不至于在催化剂活性降低的情况下继续发电，能够防止一氧化碳气体造成的燃料电池203的催化剂中毒。

再者，在本实施方式中虽然示出了不具备在使燃料电池203产生的电极反应中未被消耗地残留的废气回流到重整加热器102的燃烧器的管道路径的途中使该废气中的水分凝结的自动排水管或者凝结器的结构，但即使是具备这些装置的燃料电池系统，在滞留在重整器100、转化器103以及选择氧化器105的内部滞留的过剩水蒸汽或凝结水分的总量超过这些装置的去除能力的情况下，本实施方式中所述的技术也是有用的。

(实施方式3)

图7是示出本发明的实施方式3的燃料电池系统的一个构成例的框图。本实施方式中对目的在于去除转化器103或选择氧化器105内部的过剩水的第1变形例进行说明。

氢生成器118、氧化剂气体供给装置200、燃料电池203、以及控制装置205等的结构和动作与实施方式1、2中说明的内容相同，因此省略该说明。

本实施方式的燃料电池系统330的结构上的变更点在于，将排放因受到过剩水蒸汽等影响而滞留在转化器103内部的过剩凝结水分用的转化器用排放阀400与转化器103连接，将排放因受到过剩水蒸汽等影响而滞留在选择氧化器105内部的过剩凝结水分排出用的选择氧化器用排放阀401与选择氧化器105连接，利用控制装置205对这些排放阀400、401进行控制。而且，这些作为排放装置的排放阀400、401由电磁阀等构成。

接着，对实施方式3中的燃料电池系统330的运作进行说明。

与实施方式1相同，在对氢生成器118的重整器100适当地供给水蒸汽重整用的水分，并且适当地提供稳定控制转化器103的温度用的水的情况下，由于对重整器100、转化器103、以及选择氧化器105的内部供给适量的水蒸汽，因此重整器100、转化器103、以及选择氧化器105的检测温度分别表示为以图2的KS、HSG、以及JSG示出的特性曲线。此外，在这种情况下，与实施方式2相同，能够获得图4所示的正常时的重整检测温度(KS)的特性、正常时的燃烧检测温度(TFG)的特性、以及正常时的燃烧检测火焰电流(FRG)的特性。

然而，在过量地将水提供给氢生成器118的重整器100以及/或者转化器103内部的情况下、随着起动和停止频繁反复，氢生成器118反复进行加热和冷却，过剩的水蒸汽或者过剩的凝结水滞留于重整器100、转化器103以及选择氧化器105的内部的情况下，转化器103以及选择氧化器105的检测温度分别表示为以图2的HSN以及JSN示出的升温曲线。而且这种情况与实施方式2相同，能够获得图5所示的异常时的重整检测温度(KSN)的特性、异常时的燃烧检测温度(TFN)的特性、以及异常时的燃烧火焰检测火焰电流(FRN)的特性。

这里，控制装置205与实施方式1相同，根据检测转化器103的温度的转化器温度检测部116以及/或者检测选择氧化器105的温度的选择氧化器温度检测部117检测出的检测温度，判断为转化器103以及/或者选择氧化器105内部的水蒸汽量过剩或者凝结水量过剩的情况下，使氢生成器118的工作停止，执行生成的可燃性气体的清洗动作。

或者，控制装置205与实施方式2相同(参考图6的流程图)，根据燃烧检测部207的检测信号，判断为转化器103或者选择氧化器105内部的水蒸汽量过剩或者凝结水量过剩(根据来自燃烧检测部207的检测信号的数值低于重整加热器102的消火电平的次数进行判断)的情况下，使氢生成器118的工作停止，执行生成的可燃性气体的清洗动作。

接着，控制装置205对分别连接于转化器103和选择氧化器105的排放阀400、401输出要打开这些排放阀的控制信号，使滞留在转化器103以及/或者选择氧化器105的过剩水在氢生成器118停止期间通过排放路径402、403排出。打开排放阀门400、401需要可以充分排放过剩水分的时间、例如需要相当于数小时到一夜的时间。而且，这时若由不活泼性气体设备(未图示)将氮气等不活泼性气体提供给转化器103以及/或者选择氧化器105，则转化器103以及/或者选择氧化器105的内压增大，从而可以使过剩水容易排放，同时也可以促进其内部的干燥。因此可以提前消除转化器103以及/或者选择氧化器105内部的过剩水引起的受潮或积水。

采用本实施方式，可以可靠地检测转化器103以及/或者选择氧化器105内部的过剩水蒸汽等引起的异常，因此可以迅速地应对该异常，从而可以使转化器103以及/或者选择氧化器105的催化剂活性迅速恢复。

还有，可以不至于在催化剂活性降低的情况下继续发电，能够防止一氧化碳气体造成的燃料电池203的催化剂中毒。

再者，在这里虽然对排放过剩水时利用氮气等不活泼气体对至少是转化器103及选择氧化器105中的任意一个进行清洗的例子进行说明，但即使是执行转化器103或选择氧化器105内部的加热处理、或者对转化器103或选择氧化器105供给空气的结构，这些设备103、105的内压高，容易排放过剩水，同时，转化器103以及选择氧化器105的内部的干燥速度也快，可以提前使转化器103以及选择氧化器105从受潮等水过剩状态恢复到正常状态，这是再好不过的。

(实施方式4)

图8是示出本发明的实施方式4的燃料电池系统的一个构成例的框图。本实施方式的目的在于去除转化器103或选择氧化器105内部的过剩水的第2变形例进行说明。

氢生成器118、氧化剂气体供给装置200、燃料电池203、以及控制装置205等的结构和动作与实施方式1、2中说明的内容相同，因此省略该说明。

本实施方式的燃料电池系统340的结构上的变更点在于，将使受到过剩水蒸汽等影响而滞留在转化器103中的过剩凝结水分干燥而将其排除的转化器用空气供给泵500与转化器103连接，将使受到过剩水蒸汽等影响而滞留在选择氧化器105中的过剩凝结水分干燥而将其排除的选择氧化器用空气供给泵501与选择氧化器105连接，利用控制装置205对这些作为空气供给装置的空气供给泵500、501进行控制。

接着，对实施方式4中的燃料电池系统340的运作进行说明。

与实施方式1相同，在对氢生成器118的重整器100适当地供给水蒸汽重整用的水分，并且适当地供给稳定控制转化器103的温度用的水的情况下，由于对重整器100、转化器103、以及选择氧化器105的内部供给适量的水蒸汽，因此重整器100、转化器103、以及选择氧化器105的检测温度分别表示为以图2的KS、HSG、以及JSG示出的特性曲线。此外，在这种情况下，与实施方式2相同，能够获得图4所示的正常时的重整检测温度(KS)特性、正常时的燃烧检测温度(TFG)特性、以及正常时的燃烧检测火焰电流(FRG)特性。

然而，在过剩地将水提供给氢生成器118的重整器100以及/或者转化器103内部的情况下、或者随着起动和停止频繁反复进行，氢生成器118反复进行加热和冷却，过剩的水蒸汽或者过剩的凝结水滞留于重整器100、转化器103以及选择氧化器105的内部的情况下，转化器103以及选择氧化器105的检测温度分别表示为以图2的HSN以及JSN示出的升温曲线。此外，在这种情况下，与实施方式2相同，能够获得图5所示的异常时的重整检测温度(KSN)特性、异常时的燃烧检测温度(TFN)特性、以及异常时的燃烧火焰检测火焰电流(FRN)特性。

在这里，控制装置205与实施方式1相同，在根据检测转化器103的温度的转化器温度检测部116以及/或者检测选择氧化器105的温度的选择氧化器温度检测部117检测出的检测温度，判断为转化器103以及/或者选择氧化器105内部的水蒸汽量过剩或者凝结水量过剩的情况下，使氢生成器118的工作停止，执行生成的可燃性气体的清洗动作。

或者，控制装置205与实施方式2相同(参考图6的流程图)，在根据燃烧检测部207的检测信号，判断为转化器103或者选择氧化器105内部的水蒸汽量过剩或者凝结水量过剩(根据来自燃烧检测部207的检测信号的数值低于重整加热器102的消火电平的次数进行判断)的情况下，使氢生成器118的工作停止，执行生成的可燃性气体的清洗动作。

接着，控制装置205对空气供给泵500、501发出驱动用控制信号，对其驱动，在氢生成器118停止期间通过干燥用空气供给路径502、503，由空气供给泵500、501将空气送入转化器103和选择氧化器105。在这里，对转化器103和选择氧化器105进行的空气输送需要使其内部的过剩水分干燥的足够的时间、例如需要数小时到相当于一夜的时间。另外，来自空气供给泵500、501的空气流速最好是尽可能快从而能够有效地进行干燥处理，与通常运转时相比，至少提高单位时间的流量。以此可以使滞留在转化器103以及/或者选择氧化器105中的过剩水干燥并将其排出。

如果采用本实施方式，则可以可靠地检测出转化器103以及/或者选择氧化器105内部的过剩水蒸汽等引起的异常，因此可以迅速地应对这样的异常，从而可以使转化器103以及/或者选择氧化器105的催化剂活性迅速恢复。

还有，可以在催化剂活性降低的情况下进行发电，能够防止一氧化碳气体造成的燃料电池203的催化剂中毒。

再者，本实施方式中，可以直接对着过剩的水喷射空气，使过剩的水汽化，从而使催化剂活性迅速恢复，这样是最理想的。

(实施方式5)

图9是示出本发明的实施方式5的燃料电池系统的一个构成例的框图。在本实施方式中，对目的在于去除转化器103或选择氧化器105内部的过剩水用的第3变形例进行说明。

氢生成器118、氧化剂气体供给装置200、燃料电池203、以及控制装置205等的结构和动作与实施方式1、2中说明的内容相同，因此省略该说明。

本实施方式的燃料电池系统350的结构上的变更点在于，将对受到过剩水蒸汽等影响而滞留在转化器103的过剩凝结水分加热使其干燥用的转化器用燃烧排气供给阀600设置在贯穿于重整加热器102与转化器103之间的转化器用燃烧废气供给路径602上，将对受到过剩水蒸汽等影响而滞留在选择氧化器105内的过剩凝结水分加热使其干燥用的选择氧化器用燃烧排气供给阀601设置在贯穿于重整加热器102与选择氧化器105之间的选择氧化器用燃烧废气供给路径603上，作为这样的加热装置的燃烧废气供给路径602、603上配置的气体供给阀600、601由控制装置205控制。

下面对实施方式5中的燃料电池系统350的运作进行说明。

与实施方式1相同，在对氢生成器118的重整器100恰当供给水蒸汽重整用的水分，并且恰当供给稳定控制转化器103的温度用的水的情况下，由于对重整器100、转化器103、以及选择氧化器105的内部供给适量的水蒸汽，因此重整器100、转化器103、以及选择氧化器105的检测温度分别表示为图2的KS、HSG、以及JSG所示的特性曲线。而且在这种情况下，与实施方式2相同，能够得到图4所示的正常时的重整检测温度(KS)的特性、正常时的燃烧检测温度(TFG)的特性、以及正常时的燃烧检测火焰电流(FRG)的特性。

然而，在向氢生成器118的重整器100以及/或者转化器103内部过度供水的情况下、或者随着起动和停止的频繁反复，对氢生成器118反复进行加热和冷却，过剩的水蒸汽或者过剩的凝结水滞留于重整器100、转化器103以及选择氧化器105的内部的情况下，转化器103以及选择氧化器105的检测温度分别表示为图2的HSN以及JSN所示的升温曲线。而且在这种情况下，与实施方式2相同，能够得到图5所示的异常时的重整检测温度(KSN)的特性、异常时的燃烧检测温度(TFN)的特性、以及异常时的燃烧火焰检测火焰电流(FRN)的特性。

在这里，与实施方式1相同，控制装置205在根据检测转化器103的温度的转化器温度检测部116以及/或者检测选择氧化器105的温度的选择氧化器温度检测部117检测出的检测温度判断为转化器103以及/或者选择氧化器105内部的水蒸汽量过剩或者凝结水量过剩的情况下，使氢生成器118的工作停止，执行生成的可燃性气体的清洗动作。

或者，与实施方式2相同(参考图6的流程图)，控制装置205在根据燃烧检测部207的检测信号，判断为转化器103或者选择氧化器105内部的水蒸汽量过剩或者凝结水量过剩(根据来自燃烧检测部207的检测信号的数值低于重整加热器102的消火电平的次数进行判断)的情况下，使氢生成器118的工作停止，执行生成的可燃性气体的清洗动作。

接着，控制装置205在氢生成器118停止期间对供给阀600输出信号以打开将重整加热器102与转化器103流动连接的燃烧废气供给路径602上设置的气体供给阀600。同样，控制装置205在氢生成器118停止期间对供给阀601输出信号以打开将重整加热器102与选择氧化器105流动连接的燃烧废气供给路径603上设置的气体供给阀601。这样，可以充分利用由重整加热器102生成的燃烧废气的余热，有效地对滞留在转化器103以及/或者选择氧化器105的过剩水进行加热烘干。再者，加热转化器103以及选择氧化器105需要可以使过剩水分充分干燥的时间，例如需要数小时到相当于一夜的时间。

作为加热装置的例子，本实施方式对将高温的燃烧废气提供给转化器103和选择氧化器105用的燃烧废气供给路径602、603以及气体供给阀门600、601进行了说明，但并非局限于此，只要是能够将滞留在转化器103和选择氧化器105中的过剩水分加热烘干，任何装置都可以。

通过控制使例如转化器113和选择氧化器114的输出提高，可以将这些加热器113、114用作加热装置。

另外，这里虽然说明的是停止氢生成器118工作之后对进行转化器103和选择氧化器105内部进行烘干处理的动作例，但只要是使用本实施方式的加热装置，未必需要使氢生成器118的工作停止，最好是在氢生成器118运转时能够使转化器103和选择氧化器105干燥。

采用本实施方式，可以可靠地检测转化器103以及/或者选择氧化器105内部的过剩水蒸汽等引起的异常，因此可以迅速地应对该异常，从而可以使转化器103以及/或者选择氧化器105的催化剂活性迅速恢复。

还有，可以不在催化剂活性持续保持低下的情况下发电，防止一氧化碳气体造成的燃料电池203的催化剂中毒于未然。

产业上利用的可行性

如果采用本发明的燃料电池，可以谋求氢生成器的高性能化，可用作家庭用发电装置。

Claims (14)

1.一种氢生成装置，其特征在于，

具有包含利用原料和水蒸汽生成重整气体的重整器、使由所述重整器提供的重整气体发生转化反应的转化器、及使所述转化反应后的重整气体中的一氧化碳气体浓度降低的选择氧化器的氢生成器；检测所述转化器和选择氧化器中的任意一个的温度的温度检测部；以及控制装置，

所述控制装置在所述温度检测部检测出的检测温度的上升速度比正常时的速度慢的情况下，检测为氢生成器内部的水量或者水蒸汽量处于过剩状态。

2.根据权利要求1中记载的氢气生成装置，其特征在于，

所述控制装置在所述温度检测部检测出的转化器检测温度的上升速度比正常时的速度慢时检测为所述转化器内部的水量或者水蒸汽量处于过剩状态。

3.根据权利要求1中记载的氢气生成装置，其特征在于，

所述控制装置在所述温度检测部检测出的选择氧化器检测温度的上升速度比正常时的速度慢时检测为所述选择氧化器内部的水量或者水蒸汽量处于过剩状态。

4.一种氢生成装置，其特征在于，

具有包含利用原料和水蒸汽生成重整气体的重整器、使由所述重整器提供的重整气体发生转化反应的转化器、以及使所述转化反应后的重整气体中的一氧化碳气体浓度降低的选择氧化器的氢生成器；检测所述转化器和所述选择氧化器中的任意一个的温度的温度检测部；以及控制装置，

所述控制装置在所述温度检测部检测出的检测温度的上升速度比正常时的速度慢的情况下进行控制以减少所述氢生成器内部的水量或者水蒸汽量。

5.根据权利要求4中记载的氢气生成装置，其特征在于，

具有对所述氢生成器供给水或者水蒸汽的水供给装置，所述控制装置在所述温度检测部检测出的检测温度的上升速度比正常时的速度慢时对所述水供给装置进行控制以减少对所述氢生成器内部的水或者水蒸汽的供给量。

6.根据权利要求4中记载的氢气生成装置，其特征在于，

具有对所述转化器排放水的水排放装置，所述控制装置在所述温度检测部检测出的转化器检测温度的上升速度比正常时的速度慢时对所述水排放装置进行控制，使所述转化器内部的水排放到外部。

7.根据权利要求4中记载的氢气生成装置，其特征在于，

具有对所述选择氧化器排放水的水排放装置，所述控制装置在所述温度检测部检测出的选择氧化器检测温度的上升速度比正常时的速度慢时对所述水排放装置进行控制，使所述选择氧化器内部的水排放到外部。

8.根据权利要求4中记载的氢气生成装置，其特征在于，

具有对所述转化器供给空气用的空气供给装置，所述控制装置在所述温度检测部检测出的转化器检测温度的上升速度比正常时的速度慢时对所述空气供给装置进行控制，以将空气导入所述转化器内部。

9.根据权利要求4中记载的氢气生成装置，其特征在于，

具有对所述选择氧化器供给空气用的空气供给装置，所述控制装置在所述温度检测部检测出的选择氧化器检测温度的上升速度比正常时的速度慢时对所述空气供给装置进行控制，以将空气导入所述选择氧化器内部。

10.根据权利要求4中记载的氢气生成装置，其特征在于，

具有对所述转化器进行加热的加热装置，所述控制装置在所述温度检测部检测出的转化器检测温度的上升速度比正常时的速度慢时对所述加热装置进行控制，以加热所述转化器的内部。

11.根据权利要求4中记载的氢气生成装置，其特征在于，

具有对所述选择氧化器进行加热的加热装置，所述控制装置在所述温度检测部检测出的选择氧化器检测温度的上升速度比正常时的速度慢时对所述加热装置进行控制以加热所述选择氧化器的内部。

12.一种燃料电池系统，其特征在于，

具有权利要求1～11中的任意一项中记载的氢气生成装置、以及用由所述氢气生成装置提供的重整气体及氧化剂气体进行发电的燃料电池。

13.一种氢气生成装置的运转方法，其特征在于，

该氢气生成装置具有包含利用原料和水蒸汽生成重整气体的重整器、使由所述重整器提供的重整气体发生转化反应的转化器、及使所述转化反应后的重整气体中的一氧化碳气体浓度降低的选择氧化器的氢生成器；以及检测所述转化器和所述选择氧化器中的任意一个的温度的温度检测部，

在所述温度检测部检测出的检测温度的上升速度比正常时的速度慢的情况下减少所述氢生成器内部的水量或者水蒸汽量。

14.一种燃料电池系统的运转方法，其特征在于，

该燃料电池系统具有包含利用原料和水蒸汽生成重整气体的重整器、使由所述重整器提供的重整气体发生转化反应的转化器、及使所述转化反应后的重整气体中的一氧化碳气体浓度降低的选择氧化器的氢生成器；用所述氢生成器提供的重整气体及氧化剂气体进行发电的燃料电池；以及检测所述转化器和所述选择氧化器中的任意一个的温度的温度检测部，

在所述温度检测部检测出的检测温度的上升速度比正常时的速度慢的情况下减少所述氢生成器内部的水量或者水蒸汽量。

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